CN112951056B - 虚拟模型三维映射装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种虚拟模型三维映射装置及方法，包括底架上设有至少三个可向底架中心聚拢的应用针板，应用针板上设有多个可滑动的第一针柱，底架上设有至少三个滑动机构，应用针板通过滑动机构与底架连接；还包括数控成型机，数控成型机用于成型应用针板；将虚拟模型的关键点坐标与成型装置的不同行列的针柱深度位置进行一一映射，通过对虚拟模型的关键点坐标位置进行分析和智能划分，经过成型装置分别成型多个应用针板，将其再组合拼接成所需要的轮廓面，实现了将复杂的虚拟三维模型成型为实体模型。

Description

虚拟模型三维映射装置及方法

技术领域

本发明涉及辅助医疗器械领域，尤其是涉及一种应用于主动脉及其他动脉血管的虚拟模型成型的虚拟模型三维映射装置及方法。

背景技术

目前医院通过CT技术，观察研究病人病情，给出解决方案，但是CT拍出来的影像资料并不是很直观，最好的方式是将虚拟影像转化为实体模型供医生参考，现有的技术通常采用3D打印将虚拟模型转化为现实模型，但是由于动脉结构十分复杂，部分区域呈交叉网状结构，若利用3D打印技术打印模型将会消耗大量的时间，现有技术参见CN 106618795 A一种应用3D打印模型进行主动脉支架体外开窗的方法。因此亟需一种成型技术能针对复杂的交叉网状动脉结构进行快速成型。

发明内容

本发明提供了一种虚拟模型三维映射装置及方法，通过对虚拟模型的关键点坐标位置进行分析和智能划分，经过成型装置分别成型再组合拼接成所需要的轮廓面，解决了复杂的空间结构的动脉模型难以成型为实体模型的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种虚拟模型三维映射装置，包括底架上设有至少三个可向底架中心聚拢的应用针板，应用针板上设有多个可滑动的第一针柱，底架上设有至少三个滑动机构，应用针板通过滑动机构与底架连接；

还包括数控成型机，数控成型机用于成型应用针板。

优选的方案中，底架包括底座和转盘，底座和转盘之间设有滑动座，滑动座与底座滑动套接，还设有第一手旋螺丝，第一手旋螺丝穿过滑动座抵靠在底座上，转盘下端设有转盘座，转盘座与滑动座转动套接。

优选的方案中，还设有多个弹簧柱塞，弹簧柱塞穿过转盘座抵靠在滑动座上。

优选的方案中，滑动座上设有多个凹槽，弹簧柱塞前端设有滚珠，弹簧柱塞中设有第一弹簧，第一弹簧一端压紧滚珠，滚珠抵靠在凹槽中。

优选的方案中，滑动机构包括可滑动的滑块，滑块上连接有定位夹具，定位夹具夹紧应用针板。

优选的方案中，定位夹具包括多个第二导杆和至少两个夹爪，夹爪与第二导杆滑动套接，定位夹具两端设有安装座，第二导杆两端与安装座固定连接；

夹爪和安装座之间还设有第二弹簧，第二弹簧两端分别抵靠安装座和夹爪。

优选的方案中，滑动机构还包括至少多个第一导杆，第一导杆与滑块滑动套接，还设有连接座和第二手旋螺丝，第二手旋螺丝穿过滑块抵靠在第一导杆上，第一导杆两端与连接座固定连接。

优选的方案中，数控成型机包括阵列针板和数控执行机构，数控执行机构用于成型阵列针板；

阵列针板还包括阻尼箱，阻尼箱中设有多个针柱套和多个第二针柱，针柱套与第二针柱滑动套接，阻尼箱两侧设有定位板，第二针柱穿过定位板。

优选的方案中，阻尼箱中还设有气腔，阻尼箱上还设有单向气阀，单向气阀与气腔连通；

阻尼箱一端还设有调整腔，调整腔与气腔连通，调整腔中滑动连接有柱塞，柱塞外圈套有密封圈，气腔一端还连接有端盖，端盖中螺纹连接有调整顶丝，调整顶丝穿过端盖抵靠在柱塞上。

包括映射方法，

S1、对主动脉或其他动脉位置进行CT或核磁扫描，获得的带影像数据的DICOM文件；

S2、对DICOM文件进行处理，提取有用部分数据，并转化为三维数字化软件中间格式如STL、STEP、IGS等；

S3、分析并提取的关键点坐标；

S4、将坐标点根据位置分布分为四个部分，利用三维加工软件UG、mastercam等处理关键点坐标数据，分别编写下压路径代码程序；

S5、利用单向气阀向气腔充入气体，气压使针柱套抱紧双向针柱，形成一定的摩擦阻力；

S6、旋转调整顶丝改变柱塞位置，使气腔中气压随之变化以调整摩擦阻力到合适值；

S7、数控执行机构分别执行四部分路径程序，成型四块应用针板；

S8、成型后将四块应用针板按照S4中的位置划分原则分别放到对应的定位夹具上夹紧；

S9、将定位夹具向中间靠拢到位，所有第一针柱端部组成所需要的轮廓面。

本发明的有益效果为：将虚拟模型的关键点坐标与成型装置的不同行列的针柱深度位置进行一一映射，通过对虚拟模型的关键点坐标位置进行分析和智能划分，经过成型装置分别成型多个应用针板，将其再组合拼接成所需要的的轮廓面，实现了将复杂的虚拟三维模型成型为实体模型；通过将四个应用针板布置在两个轴线垂直的方向上，从外围向中间成型，有效避免了单方向坐标点相互遮挡的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的主要部分示意图。

图2是本发明的应用针板收拢后示意图。

图3是本发明的成型实施示意图。

图4是本发明的阵列针板剖面图A。

图5是本发明的阵列针板剖面图B。

图6是本发明的阻尼箱示意图。

图7是本发明的底架示意图。

图8是本发明的底架剖视图。

图9是本发明的滑动机构示意图。

图10是本发明的动脉简化模型示意图。

图中：应用针板1；第一针柱101；底架2；底座201；滑动座202；凹槽203；第一手旋螺丝204；转盘座205；柱塞206；转盘207；滚珠208；第一弹簧209；垫高板210；滑动机构3；连接座301；第一导杆302；滑块303；安装座304；第二导杆305；夹爪306；第二弹簧307；第二手旋螺丝308；定位夹具309；阵列针板4；阻尼箱401；针柱套402；第二针柱403；定位板404；气腔405；单向气阀406；柱塞407；密封圈408；端盖409；调整顶丝410；调整腔411；数控成型机5；数控执行机构6；动脉简化模型7。

具体实施方式

如图1-10中，一种虚拟模型三维映射装置，包括底架2上设有至少三个可向底架2中心聚拢的应用针板1，应用针板1上设有多个可滑动的第一针柱101，底架2上设有至少三个滑动机构3，应用针板1通过滑动机构3与底架2连接；

还包括数控成型机5，数控成型机5用于成型应用针板1。

对于复杂的动脉模型结构如动脉简化模型7，由于分支较多，若应用针板呈单一直线两个方向布置，模型中间区域模型被两边的分支模型遮挡，不能成型，因此将应用针板1两两成组，分别设置在两个垂直分方向上，其中一方向上两个滑动机构3下方垫有垫高板210，使两个垂直方向上的第一针柱101能利用针柱行之间的间隙相互穿插，不至于干涉，若某方向被遮挡则从另一方向成型：首先分析虚拟模型数据，根据不能遮挡中间数据点的原则将模型数据点划分为四部分，并分别编写执行程序给数控成型机5执行，应用针板1拓印数控成型机5的模型轮廓，在将其放在滑动机构3上，向中间聚拢成完整的空间实体模型。

优选的方案中，底架2包括底座201和转盘207，底座201和转盘207之间设有滑动座202，滑动座202与底座201滑动套接，还设有第一手旋螺丝204，第一手旋螺丝204穿过滑动座202抵靠在底座201上，转盘207下端设有转盘座205，转盘座205与滑动座202转动套接。

转盘207可转动和调节高度，方便医生使用。

优选的方案中，还设有多个弹簧柱塞206，弹簧柱塞206穿过转盘座205抵靠在滑动座202上。

优选的方案中，滑动座202上设有多个凹槽203，弹簧柱塞206前端设有滚珠208，弹簧柱塞206中设有第一弹簧209，第一弹簧209一端压紧滚珠208，滚珠208抵靠在凹槽203中。

弹簧柱塞206卡在凹槽203中，可定位转盘207防止自由转动，当拨动转盘207时，滚珠208压缩第一弹簧209，转盘207可旋转至下一档位。

优选的方案中，滑动机构3包括可滑动的滑块303，滑块303上连接有定位夹具309，定位夹具309夹紧应用针板1。

优选的方案中，定位夹具309包括多个第二导杆305和至少两个夹爪306，夹爪306与第二导杆305滑动套接，定位夹具309两端设有安装座304，第二导杆305两端与安装座304固定连接；

夹爪306和安装座304之间还设有第二弹簧307，第二弹簧307两端分别抵靠安装座304和夹爪306。

使用时将应用针板1插入夹爪306之间，第二弹簧307自适应并顶紧夹爪306，夹爪306上设有定位凸起，应用针板1上设有定位凹槽，二者配合使应用针板1定位。

优选的方案中，滑动机构3还包括至少多个第一导杆302，第一导杆302与滑块303滑动套接，还设有连接座301和第二手旋螺丝308，第二手旋螺丝308穿过滑块303抵靠在第一导杆302上，需要滑动滑块303时，松开第二手旋螺丝308，第一导杆302两端与连接座301固定连接。

优选的方案中，数控成型机5包括阵列针板4和数控执行机构6，数控执行机构6用于成型阵列针板4；

阵列针板4还包括阻尼箱401，阻尼箱401中设有多个针柱套402和多个第二针柱403，针柱套402与第二针柱403滑动套接，阻尼箱401两侧设有定位板404，第二针柱403穿过定位板404。

数控执行机构6可使用直线伺服三轴机构或水平多关节机器人。

优选的方案中，阻尼箱401中还设有气腔405，阻尼箱401上还设有单向气阀406，单向气阀406与气腔405连通；

阻尼箱401一端还设有调整腔411，调整腔411与气腔405连通，调整腔411中滑动连接有柱塞407，柱塞407外圈套有密封圈408，气腔405一端还连接有端盖409，端盖409中螺纹连接有调整顶丝410，调整顶丝410穿过端盖409抵靠在柱塞407上。

定位板404上的孔为定位孔，对细针柱403起定位作用，阻尼箱401的四周骨架及上下面为刚性，且内腔封闭，针柱套402为橡胶或硅胶等柔性材质，气腔405中充气时，每个细针柱403受到等大且单位面积均匀的挤压力，针柱套402对细针柱403产生一定的摩擦阻力，通过调节气压可统一调节每个细针柱403受到的阻力，使细针柱403可悬停，同时也防止细针柱403受到快速碰撞或挤压时出现位置过冲的“溜车”现象；旋转调整顶丝410，可带动气腔405容积变化，进而改变气压

优选的方案中，

S1、对主动脉或其他动脉位置进行CT或核磁扫描，获得的带影像数据的DICOM文件；

S2、对DICOM文件进行处理，提取有用部分数据，并转化为三维数字化软件中间格式如STL、STEP、IGS等；

S3、分析并提取的关键点坐标；

S4、将坐标点根据位置分布分为四个部分，利用三维加工软件UG、mastercam等处理关键点坐标数据，分别编写下压路径代码程序；

S5、利用单向气阀406向气腔405充入气体，气压使针柱套402抱紧双向针柱403，形成一定的摩擦阻力；

S6、旋转调整顶丝410改变柱塞407位置，使气腔405中气压随之变化以调整摩擦阻力到合适值；

S7、数控执行机构6分别执行四部分路径程序，成型四块应用针板1；

S8、成型后将四块应用针板1按照S4中的位置划分原则分别放到对应的定位夹具309上夹紧；

S9、将定位夹具309向中间靠拢到位，所有第一针柱101端部组成所需要的轮廓面。

使用时，医生可对单一应用针板1进行观察研究，然后滑开该应用针板1观察研究其余三块。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种虚拟模型三维映射装置，其特征是：包括底架（2）上设有至少三个可向底架（2）中心聚拢的应用针板（1），应用针板（1）上设有多个可滑动的第一针柱（101），底架（2）上设有至少三个滑动机构（3），应用针板（1）通过滑动机构（3）与底架（2）连接；

还包括数控成型机（5），数控成型机（5）用于成型应用针板（1）；

应用针板（1）两两成组，各组分别设置在两个垂直分方向上；

两个垂直方向上的应用针板（1）的第一针柱（101）相互穿插；

分析虚拟模型数据，将模型数据点划分为四部分，并分别编写执行程序给数控成型机（5）执行；

应用针板（1）拓印数控成型机（5）的模型轮廓；

将各应用针板（1）放在各滑动机构（3）上，各滑动机构（3）向中间聚拢，多个应用针板（1）组成完整的空间实体模型。

2.根据权利要求1所述一种虚拟模型三维映射装置，其特征是：底架（2）包括底座（201）和转盘（207），底座（201）和转盘（207）之间设有滑动座（202），滑动座（202）与底座（201）滑动套接，还设有第一手旋螺丝（204），第一手旋螺丝（204）穿过滑动座（202）抵靠在底座（201）上，转盘（207）下端设有转盘座（205），转盘座（205）与滑动座（202）转动套接。

3.根据权利要求2所述一种虚拟模型三维映射装置，其特征是：还设有多个弹簧柱塞（206），弹簧柱塞（206）穿过转盘座（205）抵靠在滑动座（202）上。

4.根据权利要求3所述一种虚拟模型三维映射装置，其特征是：滑动座（202）上设有多个凹槽（203），弹簧柱塞（206）前端设有滚珠（208），弹簧柱塞（206）中设有第一弹簧（209），第一弹簧（209）一端压紧滚珠（208），滚珠（208）抵靠在凹槽（203）中。

5.根据权利要求1所述一种虚拟模型三维映射装置，其特征是：滑动机构（3）包括可滑动的滑块（303），滑块（303）上连接有定位夹具（309），定位夹具（309）夹紧应用针板（1）。

6.根据权利要求5所述一种虚拟模型三维映射装置，其特征是：定位夹具（309）包括多个第二导杆（305）和至少两个夹爪（306），夹爪（306）与第二导杆（305）滑动套接，定位夹具（309）两端设有安装座（304），第二导杆（305）两端与安装座（304）固定连接；

夹爪（306）和安装座（304）之间还设有第二弹簧（307），第二弹簧（307）两端分别抵靠安装座（304）和夹爪（306）。

7.根据权利要求5所述一种虚拟模型三维映射装置，其特征是：滑动机构（3）还包括至少多个第一导杆（302），第一导杆（302）与滑块（303）滑动套接，还设有连接座（301）和第二手旋螺丝（308），第二手旋螺丝（308）穿过滑块（303）抵靠在第一导杆（302）上，第一导杆（302）两端与连接座（301）固定连接。

8.根据权利要求1所述一种虚拟模型三维映射装置，其特征是：数控成型机（5）包括阵列针板（4）和数控执行机构（6），数控执行机构（6）用于成型阵列针板（4）；

阵列针板（4）还包括阻尼箱（401），阻尼箱（401）中设有多个针柱套（402）和多个第二针柱（403），针柱套（402）与第二针柱（403）滑动套接，阻尼箱（401）两侧设有定位板（404），第二针柱（403）穿过定位板（404）。

9.根据权利要求8所述一种虚拟模型三维映射装置，其特征是：阻尼箱（401）中还设有气腔（405），阻尼箱（401）上还设有单向气阀（406），单向气阀（406）与气腔（405）连通；

阻尼箱（401）一端还设有调整腔（411），调整腔（411）与气腔（405）连通，调整腔（411）中滑动连接有柱塞（407），柱塞（407）外圈套有密封圈（408），气腔（405）一端还连接有端盖（409），端盖（409）中螺纹连接有调整顶丝（410），调整顶丝（410）穿过端盖（409）抵靠在柱塞（407）上。

10.根据权利要求1~9任意一项所述一种虚拟模型三维映射装置的映射方法，其特征是：

S1、对主动脉或其他动脉位置进行CT或核磁扫描，获得的带影像数据的DICOM文件；

S2、对DICOM文件进行处理，提取有用部分数据，并转化为三维数字化软件中间格式如STL、STEP、IGS等；

S3、分析并提取的关键点坐标；

S4、将坐标点根据位置分布分为四个部分，利用三维加工软件UG、mastercam等处理关键点坐标数据，分别编写下压路径代码程序；

S5、利用单向气阀（406）向气腔（405）充入气体，气压使针柱套（402）抱紧双向针柱（403），形成一定的摩擦阻力；

S6、旋转调整顶丝（410）改变柱塞（407）位置，使气腔（405）中气压随之变化以调整摩擦阻力到合适值；

S7、数控执行机构（6）分别执行四部分路径程序，成型四块应用针板（1）；

S8、成型后将四块应用针板（1）按照S4中的位置划分原则分别放到对应的定位夹具（309）上夹紧；

S9、将定位夹具（309）向中间靠拢到位，所有第一针柱（101）端部组成所需要的轮廓面。

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