DE102018104386A1 - A method of creating a model of a tool from an existing tool or negative print, means for digitizing a tool, and unit for performing the method - Google Patents

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Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zum Erstellung eines Modells eines hohlen orthopädischen Hilfsmittels von einem bestehenden hohlen Hilfsmittel oder dessen Negativabdruck mit Schritten Digitalisieren einer Außengeometrie und Digitalisieren einer zum Kontakt mit dem Patienten vorgesehenen Innengeometrie des bestehenden Hilfsmittels oder Negativabdrucks; Ausrichten und Skalieren der Innengeometrie mit Bezug zur Außengeometrie; und Erstellen des Modells in Abhängigkeit der Außengeometrie und Innengeometrie. Offenbart sind weiterhin je eine Vorrichtung zur Erfassung und Digitalisierung der Innen- und der Außengeometrie des Testhilfsmittels. Weiterhin ist eine Einheit zur Durchführung des Verfahrens mit den Vorrichtungen offenbart.

Figure DE102018104386A1_0000
Disclosed is a method for creating a model of a hollow orthopedic appliance from an existing hollow tool or its negative impression with steps of digitizing an external geometry and digitizing an internal geometry of the existing appliance or negative impression intended for contact with the patient; Aligning and scaling the inner geometry with respect to the outer geometry; and creating the model depending on the outer geometry and inner geometry. Also disclosed are each a device for detecting and digitizing the internal and external geometry of the test tool. Furthermore, a unit for carrying out the method with the devices is disclosed.
Figure DE102018104386A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen eines Modells eines insbesondere orthopädischen Hilfsmittels, beispielsweise einer Prothese, einer Orthese oder eines Prothesenschaftes, von einem bestehenden Hilfsmittel oder Negativabdruck, eine Vorrichtung zur Digitalisierung einer Innengeometrie des bestehenden Hilfsmittels oder Negativabdrucks, eine Vorrichtung zur Digitalisierung von dessen Außengeometrie und eine Einheit zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for producing a model of a particular orthopedic aid, for example a prosthesis, an orthosis or a prosthesis stem, from an existing aid or negative impression, a device for digitizing an internal geometry of the existing aid or negative impression, a device for digitizing its outer geometry and a unit for carrying out the method.

In der Orthopädietechnik besteht ein Problem darin, die Geometrie eines orthopädischen Testhilfsmittels oder eines zu ersetzenden Hilfsmittels, beispielsweise eines Testschafts bei einer Unterschenkelschaftversorgung, auf den definitiven Schaft zu übertragen. Im Folgenden wird mit dem Begriff „Testhilfsmittel“ jegliches orthopädisches Hilfsmittel verstanden, dessen Geometrie/Statik mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auf ein definitives Hilfsmittel übertragen werden soll.In orthopedic technology, there is a problem in transferring the geometry of an orthopedic trial tool or a replacement tool, such as a test shaft in a shank stocking, to the definitive shaft. In the following, the term "test aid" is understood to mean any orthopedic aid whose geometry / statics is to be transferred to a definitive aid by means of the method according to the invention.

Die eigentliche Schaftversorgung beginnt bisher mit einem Abdruck des Amputationsstumpfes. Von diesem Abdruck wird dann ein Positivmodell erstellt und nach bestimmten medizinischen, orthopädietechnischen und biomechanischen Kriterien modelliert. Daraus wird dann ein thermoplastischer Testschaft hergestellt, so dass der Prothesenaufbau und die Passform am Patienten optimiert werden können, worauf dann ein definitiver Prothesenschaft, beispielsweise im Gießharzverfahren hergestellt wird. Dabei ist besonders darauf zu achten, dass die Position eines Adapters für sonstige Prothesenpassteile möglichst genau vom Testschaft auf den definitiven Prothesenschaft übertragen wird. Herkömmlicherweise wird dabei ein Übertragungsgerät verwendet, in das der ausgegossene Testschaft eingespannt wird, wobei der Adapter des Testschaftes am Übertragungsgerät befestigt ist. Nach dem Abnehmen des Testschafts verbleibt das Positiv an dem Übertragungsgerät. Über dieses Positivmodell wird dann der definitive Prothesenschaft gefertigt, wobei die Adapterposition mit hinreichender Genauigkeit in allen Ebenen übertragen wird.The actual stem supply begins with an impression of the amputation stump. From this impression, a positive model is then created and modeled according to certain medical, orthopedic and biomechanical criteria. From this, a thermoplastic test shaft is then produced, so that the prosthesis structure and the fit on the patient can be optimized, whereupon a definitive prosthesis shaft, for example by the casting resin process, is produced. Particular care must be taken that the position of an adapter for other prosthetic components is transferred as precisely as possible from the test shaft to the definitive prosthesis shaft. Conventionally, a transmission device is used, in which the poured test shaft is clamped, wherein the adapter of the test shaft is attached to the transmission device. After removing the test shaft, the positive remains on the transmission device. The definitive prosthesis stem is then manufactured using this positive model, with the adapter position being transmitted with sufficient accuracy in all planes.

Neben dieser weitestgehend manuellen Modellierung des Testschaftes sind auch Verfahren bekannt, bei dem der Amputationsstumpf durch 3D-Scanner vermessen wird. Derartige Lösungen sind beispielsweise in der DE 10 2004 007 455 A1 , der DE 10 2007 014 747 A1 oder der EP 0 555 207 B1 gezeigt.In addition to this largely manual modeling of the test shaft, methods are also known in which the amputation stump is measured by 3D scanners. Such solutions are for example in the DE 10 2004 007 455 A1 , the DE 10 2007 014 747 A1 or the EP 0 555 207 B1 shown.

In der EP 1 044 648 B1 ist ein Verfahren offenbart, bei der die Vermessung eines Amputationsstumpfs mit Hilfe von an diesem angebrachten Referenzgegenständen erfolgt, die dann aus unterschiedlichen Blickrichtungen mittels einer Kamera oder dergleichen aufgenommen werden, wobei aus den Referenzabständen dann die Konturlinie des Stumpfes ermittelt wird.In the EP 1 044 648 B1 a method is disclosed in which the measurement of an amputation stump takes place with the aid of reference objects attached thereto, which are then recorded from different viewing directions by means of a camera or the like, the reference line then being used to determine the contour line of the stump.

In der US 6,463,351 B1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem zunächst ein Modell des Amputationsstumpfs erstellt wird und dieses Modell dann über einen 3D-Scanner vermessen wird. Am Scan können dann geeignete Modifikationen vorgenommen werden, um eine individuelle Anpassung an den Patienten zu ermöglichen.In the US Pat. No. 6,463,351 B1 a method is described in which first a model of the amputation stump is created and this model is then measured via a 3D scanner. The scan may then be suitably modified to allow for customization to the patient.

Die DE 42 32 606 A1 zeigt schließlich ein Verfahren, bei dem die Innenkontur eines orthopädischen Hilfsmittels mittels eines Scanners abgetastet und erfasst wird.The DE 42 32 606 A1 finally shows a method in which the inner contour of an orthopedic aid is scanned and detected by means of a scanner.

Die DE 10 2014 102 997 A1 der Anmelderin zeigt ein Verfahren, bei dem die Innen- und Außenkontur des orthopädischen Hilfsmittels zusammen mit einem jeweiligen Überstand gescannt werden. Die Skalierung und Positionierung der Innengeometrie zur Außengeometrie erfolgt dann anhand der einander überlappenden Überstände. Aus der ausgerichteten und skalierten Geometrie wird durch Flächenrückführung aus den Punktewolken der Scans in einem Patientenkoordinatensystem ein CAD-Modell erstellt.The DE 10 2014 102 997 A1 The applicant shows a method in which the inner and outer contour of the orthopedic aid are scanned together with a respective supernatant. The scaling and positioning of the inner geometry to the outer geometry is then based on the overlapping projections. From the aligned and scaled geometry, a CAD model is created by reverse engineering from the point clouds of the scans in a patient coordinate system.

Zwar zeigt sich, dass mit diesen bekannten Verfahren eine Statikübertragung eines vorhandenen orthopädischen Hilfsmittels, im Folgenden Testhilfsmittel genannt, auf ein Hilfsmittel, beispielsweise einen definitiven Schaft, durchgeführt werden kann. Allerdings kann es auftreten, dass eine Passform des so erstellten orthopädischen Hilfsmittels noch nicht den real auftretenden, biomechanischen Bedingungen des Patienten genügt.Although it has been found that with these known methods a static transfer of an existing orthopedic aid, referred to below as a test aid, can be carried out on an aid, for example a definitive shaft. However, it may happen that a fit of the orthopedic device so created does not yet meet the real-life, biomechanical conditions of the patient.

Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einheit zur Durchführung des Verfahrens, sowie Vorrichtungen für diese Einheit zu schaffen, über die ein Modell des orthopädischen Hilfsmittels erstellbar ist, das eine Passform aufweist, die die real auftretenden biomechanischen Anforderungen besser erfüllt.In contrast, the invention has for its object to provide a method and a unit for performing the method, and devices for this unit over which a model of the orthopedic aid can be created, which has a fit that better meets the real-occurring biomechanical requirements ,

Diese Aufgabe wird im Hinblick auf das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, im Hinblick auf die Vorrichtungen für diese Einheit mit den jeweiligen Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche 9 und 15 und im Hinblick auf die Einheit zur Durchführung des Verfahrens durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruchs 16 gelöst.This object is achieved in view of the method with the features of claim 1, with regard to the devices for this unit with the respective features of the independent claims 9 and 15 and with regard to the unit for performing the method by the features of the independent claim 16 solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Ein Verfahren zum Erstellung eines Modells, insbesondere CAD-Modells, eines hohlen orthopädischen Hilfsmittels ausgehend von einem bestehenden hohlen Hilfsmittel, im Folgenden Testhilfsmittel, und / oder von dessen Negativabdruck, hat Schritte Digitalisieren einer Außengeometrie und einer zum Kontakt mit dem Patienten vorgesehenen Innengeometrie des Testhilfsmittels oder Negativabdrucks; Ausrichten und Skalieren der Innengeometrie mit Bezug zur Außengeometrie; Erstellen des Modells in Abhängigkeit der Außengeometrie und Innengeometrie; Erfindungsgemäß erfolgen vor dem Erstellen des Modells Schritte Analysieren der Innengeometrie und / oder Außengeometrie auf anatomische Zonen und Modifizieren oder Belassen der Innengeometrie und / oder Außengeometrie in einem Bereich einer ermittelten anatomischen Zone. A method for creating a model, in particular a CAD model, of a hollow orthopedic aid starting from an existing hollow aid, hereinafter test aid, and / or its negative impression, has steps of digitizing an outer geometry and an internal geometry of the test auxiliary provided for contact with the patient or negative impression; Aligning and scaling the inner geometry with respect to the outer geometry; Creating the model depending on the external geometry and internal geometry; According to the invention, prior to creating the model, steps are performed analyzing the internal geometry and / or external geometry on anatomical zones and modifying or leaving the internal geometry and / or external geometry in a region of a determined anatomical zone.

Auf diese Weise kann aus dem Testhilfsmittel ein Modell oder Modellvorschlag für das orthopädische Hilfsmittels erstellt werden, das eine Passform aufweist, die die real auftretenden biomechanischen Anforderungen besser erfüllt.In this way, the test tool can be used to create a model or model proposal for the orthopedic appliance that has a fit that better meets the biomechanical requirements that actually occur.

Mit einem derartigen Verfahren kann insbesondere eine Statikübertragung vom Testhilfsmittel, beispielsweise eines Testschafts, auf ein definitives Hilfsmittel, beispielsweise einen Prothesenschaft erfolgen.With such a method, it is possible in particular to carry out a static transmission from the testing aid, for example a test shaft, to a definitive auxiliary, for example a prosthesis shaft.

Eine anatomische Zone ist im Sinne dieser Druckschrift ein für die Passform des am Patienten eingesetzten, definitiven orthopädischen Hilfsmittels wichtiger Bereich - insbesondere ein Bereich der Innengeometrie - in welchem beispielsweise bei Benutzung des definitiven Hilfsmittels vergleichsweise hohe Kräfte auf den Patienten übertragen werden müssen oder eine vergleichsweise stark gekrümmte Oberfläche gegeben ist. Für die vom Menschen wahrgenommene Passform des Hilfsmittels besitzen diese Zonen somit eine große Bedeutung und sollten auf eine optimale, flächige Verteilung von Druck- und / oder Scherkräften ausgelegt werden.An anatomical zone in the sense of this document is an important area for the fit of the definitive orthopedic aid used on the patient - in particular an area of internal geometry - in which, for example, relatively high forces must be transmitted to the patient when using the definitive auxiliary device or a comparatively strong one given curved surface. For the human-perceived fit of the aid these zones thus have a great importance and should be designed for an optimal, areal distribution of pressure and / or shear forces.

Eine Bereitstellung des digitalen Modells erfolgt vorzugsweise in einem Koordinatensystem, insbesondere in einem Patientenkoordinatensystem.A provision of the digital model is preferably carried out in a coordinate system, in particular in a patient coordinate system.

In einer Weiterbildung erfolgt der Schritt „Digitalisieren der Außengeometrie“ vorzugsweise bereits mit Bezug zu einem Koordinatensystem, insbesondere einem Patientenkoordinatensystem. Hierzu ist das Testhilfsmittel beispielsweise bei einer für die Digitalisierung notwendigen Erfassung der Außengeometrie bereits in seiner Position im Patientenkoordinatensystem angeordnet.In a further development, the step "digitizing the outer geometry" preferably takes place with reference to a coordinate system, in particular a patient coordinate system. For this purpose, the test tool is already arranged in its position in the patient coordinate system, for example, in a necessary for the digitization detection of the outer geometry.

Das Patientenkoordinatensystem im Sinne dieser Druckschrift ist in einer Variante mit seinem Ursprung in einer Sagittalebene und / oder Frontalebene und / oder Transversalebene des Patienten angeordnet. Die Transversalebene kann beispielsweise eine Standebene des Patienten sein. Alternativ können der Ursprung und das Koordinatensystem außerhalb der genannten Ebenen angeordnet sein und beispielsweise an einen Endpunkt eines Stumpfes oder einen anderen charakteristischen Punkt des Patienten gelegt sein.The patient coordinate system in the sense of this document is arranged in a variant with its origin in a sagittal plane and / or frontal plane and / or transversal plane of the patient. The transverse plane can be, for example, a standing plane of the patient. Alternatively, the origin and the coordinate system may be located outside of said planes and may be placed, for example, at an end point of a stump or other characteristic point of the patient.

In einer Weiterbildung wird mit dem Schritt „Digitalisieren“ wenigstens eine, die Außengeometrie und Innengeometrie verknüpfende Passmarke mitdigitalisiert. Alternativ oder ergänzend wird mit dem Schritt „Digitalisieren“ wenigstens eine Überlappung der Außengeometrie mit der Innengeometrie, die nicht zur orthopädischfunktionalen Geometrie des Testhilfsmittels zählt, mitdigitalisiert.In a further development, at least one registration mark linking the outer geometry and inner geometry is also digitized with the step "digitizing". Alternatively or additionally, at least one overlap of the outer geometry with the inner geometry, which does not belong to the orthopedic-functional geometry of the testing aid, is digitized with the step "digitizing".

In einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt der Schritt „Ausrichten und Skalieren“ mittels der Passmarken und / oder der Überlappung. Dabei kann die Verwendung der Passmarken insbesondere dann hilfreich sein, wenn der Schritt „Ausrichten und Skalieren“ allein mittels der Überlappung nicht mit ausreichender Genauigkeit möglich ist.In a preferred development, the step "aligning and scaling" takes place by means of the registration marks and / or the overlap. In this case, the use of the registration marks can be particularly helpful if the step "aligning and scaling" alone by means of overlapping is not possible with sufficient accuracy.

In einer Alternative des Verfahrens erfolgt auch der Schritt „Ausrichten und Skalieren“ mit Bezug zu dem Koordinatensystem, insbesondere dem Patientenkoordinatensystem.In an alternative of the method, the step "aligning and scaling" also takes place with reference to the coordinate system, in particular the patient coordinate system.

Der Schritt „Digitalisieren“ erfolgt vorzugsweise mittels einem bildbasierten Verfahren, basierend auf einer Erfassung von Fotos der Außengeometrie und der Innengeometrie. Dabei weisen die Fotos der jeweiligen Geometrie ausreichend Überlappung auf, sodass sie wiederkehrende optische Merkmale tragen, aus denen die jeweilige 3D-Geometrie ableitbar ist. Die Fotos der Außengeometrie beinhalten dabei auch die Darstellung der von der Außenseite sichtbaren Endabschnitte der Passmarken, diejenigen der Innengeometrie beinhalten die Darstellung der von der Innenseite sichtbaren Endabschnitte der Passmarken.The step of "digitizing" is preferably carried out by means of an image-based method, based on a capture of photos of the outer geometry and the inner geometry. The photos of the respective geometry have sufficient overlap, so that they carry recurring optical features, from which the respective 3D geometry can be derived. The photos of the outer geometry also include the representation of the visible from the outside end portions of the registration marks, those of the inner geometry include the representation of the visible from the inside end portions of the registration marks.

Vorzugsweise erfolgt die Erfassung segmentweise. Zu diesem Zweck ist in einer Weiterbildung einem jeweiligen Segment der Geometrie, zumindest einem jeweiligen Segment der Außengeometrie, je eine Gruppe von angeordneten Erfassungseinrichtungen - beispielsweise Kameras - zugeordnet.The detection preferably takes place segment by segment. For this purpose, in a further development, a respective segment of the geometry, at least one respective segment of the outer geometry, is assigned a respective group of arranged detection devices-for example cameras.

Die Fotos werden zueinander registriert und bilden so je einen Bildverbund der Innengeometrie und der Außengeometrie. Mit jedem zusätzlich im Bildverbund registrierten Foto nimmt allerdings ein Registrierungsfehler zu, sodass ab einer bestimmten Anzahl von Registrierungen eine realitätsgetreue Erfassung der Geometrie, insbesondere der Innengeometrie, nicht mehr zufriedenstellend möglich ist. Dieses Problem wird durch die Verwendung der oben genannten Passmarken gelöst. Jedes Foto, das eine der Passmarken beinhaltet, weist dadurch einen eindeutig definierten, räumlichen Referenzpunkt auf, der in Folge den Bildverbund stützt. Auf diese Weise ist eine Stabilität der Digitalisierung der jeweiligen Geometrie, insbesondere der Innengeometrie, gewährleistet.The photos are registered with each other and thus each form a composite image of the inner geometry and the outer geometry. However, with each additional photo registered in the image composite, a registration error increases, so that, after a certain number of registrations, a true-to-life detection of the geometry, in particular the internal geometry, is no longer possible satisfactorily. This problem is solved by using the above-mentioned registration marks. Each photo, which contains one of the registration marks, thus has a clearly defined, spatial reference point which, in consequence, supports the image composite. In this way, a stability of the digitization of the respective geometry, in particular the internal geometry, is ensured.

Der Schritt „Analysieren“ erfolgt vorzugsweise erfahrungsbasiert. Dies kann manuell in Abhängigkeit der Erfahrung eines Menschen oder vorzugsweise automatisiert, auf Basis einer hinterlegten Datenbank oder eines hinterlegten Kennfeldes, in der oder dem anatomische Zonen in Abhängigkeit vorbestimmter Koordinaten und / oder Topologien der Innen- und / oder Außengeometrie abgelegt sind, erfolgen.The step "Analyze" is preferably based on experience. This can be done manually depending on the experience of a human, or preferably automatically, on the basis of a stored database or a stored characteristic map in which anatomical zones are stored as a function of predetermined coordinates and / or topologies of the internal and / or external geometry.

In einer Weiterbildung erfolgt der Schritt „Analysieren“ in Abhängigkeit wenigstens einer Konturkurve oder wenigstens einer Schnittkurve der Innengeometrie.In a further development, the step "analyzing" takes place as a function of at least one contour curve or at least one sectional curve of the internal geometry.

In einer Weiterbildung erfolgt der Schritt „Analysieren“ in Abhängigkeit einer Krümmung und / oder eines Scheitelpunktes der Schnittkurve oder Konturkurve.In a further development, the step "analyze" takes place as a function of a curvature and / or a vertex of the cut curve or contour curve.

Der Schritt „Modifizieren“ erfolgt in einer Weiterbildung mittels Addieren oder Subtrahieren eines im Bereich der anatomischen Zone konstanten oder variablen Abstandes oder Offsets.The step "modify" is carried out in a development by adding or subtracting a constant or variable distance or offset in the region of the anatomical zone.

In einer Weiterbildung kann nach wenigstens einem der Schritte ein auf einem Ergebnis dieses Schrittes basierendes Modell, insbesondere CAD-Modell, ausgeleitet werden.In a development, after at least one of the steps, a model based on a result of this step, in particular a CAD model, can be discharged.

Im weiteren Verlauf des Verfahrens erfolgt dann ein Schritt Fertigen des orthopädischen Hilfsmittels, oder zumindest eines Abschnitts davon, gemäß dem Modell, insbesondere CAD-Modell.In the further course of the method, a step is then carried out to manufacture the orthopedic aid, or at least a portion thereof, according to the model, in particular the CAD model.

In einer Weiterbildung weist das Verfahren einen Schritt Kalibrierung, insbesondere innere Kalibrierung, von wenigstens einer oder aller Erfassungseinrichtungen auf, die zur Erfassung der Außen- und / oder Innengeometrie vorgesehen sind. Im Zuge der inneren Kalibrierung können interne Parameter der Erfassungseinrichtungen, wie beispielsweise Verzeichnung und Brennweite, bestimmt werden, die notwendig sind, um die von den Erfassungseinrichtungen erfassten Daten für die Digitalisierung messtechnisch nutzen zu können.In a development, the method has a step of calibrating, in particular internal calibration, of at least one or all detection devices which are provided for detecting the external and / or internal geometry. In the course of the internal calibration, internal parameters of the detection devices, such as, for example, distortion and focal length, can be determined, which are necessary in order to be able to use the data acquired by the detection devices for the purpose of metrology.

In einer Weiterbildung weist das Verfahren einen Schritt äußere Kalibrierung oder räumliche Orientierung von wenigstens einer oder aller Erfassungseinrichtungen auf, die zur Erfassung der Außen- und / oder Innengeometrie vorgesehen sind. Im Zuge der äußeren Kalibrierung können eine Position und Winkellage der Erfassungseinrichtungen bestimmt werden. Auch diese Informationen sind notwendig, um die von den Erfassungseinrichtungen erfassten Daten für die Digitalisierung messtechnisch nutzen zu können.In one development, the method has a step of external calibration or spatial orientation of at least one or all detection devices which are provided for detecting the external and / or internal geometry. In the course of the external calibration, a position and angular position of the detection devices can be determined. This information is also necessary in order to be able to use the data acquired by the detection devices for the purpose of metrological measurement.

Die Schritte innere und äußere Kalibrierung können zu Beginn des Verfahrens und jederzeit erneut, beispielsweise bei einer merklichen Temperaturänderung, die Einfluss auf die internen Parameter oder die räumliche Orientierung nimmt, durchgeführt werden.The steps of internal and external calibration can be performed again at the beginning of the process and again at any time, for example at a noticeable change in temperature, which influences the internal parameters or the spatial orientation.

Zum Erfassen einer zum Kontakt mit dem Patienten vorgesehenen Innengeometrie des Testhilfsmittels oder von dessen Negativabdruck, wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung vorgeschlagen, die eine Reihe gelenkig verbundener Wirbelkörper hat. An einem distalen Endabschnitt oder an einem Endstück der Reihe, insbesondere an einem letzten der Wirbelkörper, ist dabei eine Erfassungseinrichtung zur 2D- und / oder 3D-Erfassung der Innengeometrie angeordnet.In order to detect an internal geometry of the test aid intended for contact with the patient or of its negative impression, a device is proposed according to the invention which has a series of articulated vertebrae. In this case, a detection device for 2D and / or 3D detection of the internal geometry is arranged at a distal end section or at an end section of the row, in particular at a last one of the vertebral bodies.

Vorzugsweis ist die Erfassungseinrichtung fotographisch, insbesondere eine Kamera. Alternativ kann sie beispielsweise ein 3D-Scanner zum unmittelbaren Erzeugen einer 3D-Punktewolke sein.Preferably, the detection device is photographic, in particular a camera. Alternatively, it may be, for example, a 3D scanner for directly generating a 3D point cloud.

Um die Erfassungseinrichtung an der Innengeometrie mit einem Mindestabstand oder in einem definierten Abstand abstützen zu können, insbesondere mit Bezug zur Innengeometrie zentrieren zu können, hat die Vorrichtung in einer Weiterbildung wenigstens eine sich von der Reihe nach radial außen erstreckende, insbesondere eine in Radialrichtung elastische und / oder adaptive Stützeinrichtung. Diese kann selbstzentrierend mit wenigstens zwei diametral angeordneten oder mit drei vorzugsweise im Abstand von je 120° beabstandet angeordneten Stützabschnitten gebildet sein. Die Stützabschnitte sind vorzugsweise federnd, bzw. elastisch deformierbar. In einer Weiterbildung haben die Stützabschnitte ein radial außen angeordnetes Gleit- oder Rollelement zum Abgleiten oder Abrollen an der Innengeometrie.In order to be able to support the detection device on the internal geometry with a minimum distance or at a defined distance, in particular to be able to center with respect to the internal geometry, the device has in a development at least one radially outwardly extending from the row, in particular a radially elastic and / or adaptive support device. This can be formed self-centering with at least two diametrically arranged or with three preferably spaced apart from each 120 ° spaced support portions. The support portions are preferably resilient, or elastically deformable. In a further development, the support sections have a radially outer sliding or rolling element for sliding or rolling on the inner geometry.

In einer Weiterbildung hat die Vorrichtung eine Stelleinrichtung, insbesondere einen Motor oder Stellmotor, über die der distale Endabschnitt oder das Endstück in eine abgewinkelte Stellung zum proximalen Rest der Reihe bringbar ist.In a development, the device has an adjusting device, in particular a motor or servo motor, via which the distal end section or the end piece can be brought into an angled position to the proximal remainder of the row.

Zur Ausleuchtung eines Erfassungsfeldes der Erfassungseinrichtung ist in einer Weiterbildung der Vorrichtung an deren distalem Endabschnitt eine Beleuchtungseinrichtung vorgesehen.To illuminate a detection field of the detection device, a lighting device is provided in a development of the device at the distal end portion thereof.

Am proximalen Endabschnitt der Vorrichtung ist in einer Weiterbildung der Vorrichtung eine Handhabe zur manuellen und / oder maschinellen Handhabung der Vorrichtung angeordnet. At the proximal end portion of the device, a handle for manual and / or mechanical handling of the device is arranged in a development of the device.

Wenigstens eine der gelenkigen Verbindungen weist in einer Weiterbildung der Vorrichtung ein Kardangelenk oder ein Elastomergelenk auf.At least one of the articulated connections has a cardan joint or an elastomer joint in a development of the device.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung ein Torsionsgelenk auf, mittels dem die Erfassungseinrichtung oder das sie tragende Endstück um eine Längsachse der Vorrichtung rotierbar ist.Preferably, the device has a torsion joint, by means of which the detection device or the end piece carrying it is rotatable about a longitudinal axis of the device.

Vorzugsweise ist ein jeweiliger Motor zum Antrieb der Abwinklung des Endstücks und / oder zur Rotation des Endstücks um die Längsachse der Reihe im Endstück oder im dem Endstück benachbarten Wirbelkörper untergebracht.Preferably, a respective motor for driving the bending of the tail and / or for rotation of the tail about the longitudinal axis of the row in the tail or in the tail adjacent vertebral body is housed.

In einer Weiterbildung ist ein Bewegungsorbit der gelenkigen Verbindung, insbesondere ein Dreh- oder Schwenkorbit oder -intervall, passiv, insbesondere von einer Anschlageinrichtung, beschränkt. Die Beschränkung erreicht dabei vorzugsweise einen Wert von 5° - 15°. Alternativ oder ergänzend kann der Bewegungsorbit der gelenkigen Verbindung gesteuert, insbesondere durch Steuerung des die gelenkige Verbindung antreibenden Motors, beschränkt sein.In a development, a movement orbit of the articulated connection, in particular a rotational or pivoting orbit or orbit, is restricted, in particular by a stop device. The restriction preferably reaches a value of 5 ° - 15 °. Alternatively or additionally, the movement orbit of the articulated connection can be controlled, in particular by controlling the motor driving the articulated connection.

In einer Weiterbildung ist an einem proximalen Endabschnitt der Vorrichtung eine Steuereinrichtung angeordnet. Über diese ist oder sind vorzugsweise eine Gelenkbewegung und / oder deren Beschränkung und / oder die Erfassungseinrichtung und / oder die Beleuchtungseinrichtung steuerbar.In a development, a control device is arranged at a proximal end portion of the device. About this is or are preferably a joint movement and / or its limitation and / or the detection device and / or the illumination device controllable.

Zum Erfassen der Außengeometrie des Testhilfsmittels oder Negativabdrucks wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung vorgeschlagen, die einen Rahmen hat, an dem eine Positioniereinrichtung zur Positionierung des Hilfsmittels angeordnet ist, und an dem eine Vielzahl von Erfassungseinrichtungen zur abschnittsweisen 2D- oder 3D-Erfassung der Außengeometrie verteilt, insbesondere fest, angeordnet sind.For detecting the outer geometry of the test auxiliary or negative impression, a device is proposed according to the invention, which has a frame on which a positioning device for positioning the auxiliary device is arranged, and on which a plurality of detection devices for sectionally 2D or 3D detection of the outer geometry distributed, in particular firmly, are arranged.

In einer Weiterbildung hat die letztgenannte Vorrichtung zwei am Rahmen beabstandet angeordnete Böden, zwischen denen das Testhilfsmittel zumindest zum Erfassen der Außengeometrie anordenbar ist.In a further development, the last-mentioned device has two bases arranged at a distance from the frame, between which the test aid can be arranged at least for detecting the outer geometry.

In einer Weiterbildung hat der Rahmen wenigstens drei, vorzugsweise vier vertikale Säulen, an denen aufs Hilfsmittel gerichtete oder richtbare Erfassungseinrichtungen und / oder Beleuchtungseinrichtungen angeordnet sind.In a further development, the frame has at least three, preferably four vertical columns, on which detection devices and / or illumination devices directed or orientable on the aid are arranged.

In einer Weiterbildung hat die Vorrichtung eine Justiereinrichtung zur definierten Lagepositionierung des Testhilfsmittels in einem bestimmten, vorzugsweise einem Patientenkoordinatensystem oder einem patientenorientierten Koordinatensystem, insbesondere unter Berücksichtigung von Lastzuständen.In a development, the device has an adjusting device for the defined positional positioning of the test tool in a specific, preferably a patient coordinate system or a patient-oriented coordinate system, in particular taking into account load conditions.

Die Justiereinrichtung hat vorzugsweise einen Drehteller als Auflage für das Testhilfsmittel und eine drehbar gelagerte Befestigung für einen vom Drehteller entfernten Endabschnitt des Testhilfsmittels.The adjusting device preferably has a turntable as a support for the test aids and a rotatably mounted attachment for a remote from the turntable end portion of the test tool.

Zum Abbilden von Hilfslinien auf dem Testhilfsmittel hat die letztgenannte Vorrichtung in einer Weiterbildung wenigstens eine Lichtquelle. Dabei sind die Hilfslinien insbesondere Vertikalen zu einer Patientenstandfläche mit oder ohne Belastung und / oder Wirklinien von Bodenreaktionskräften oder des Kräfteverlaufs bei Belastung des Hilfsmittels und / oder Aufbaureferenzlinien.For imaging auxiliary lines on the test tool, the latter device has at least one light source in a further development. In this case, the auxiliary lines are in particular vertical to a patient footprint with or without load and / or action lines of ground reaction forces or the course of forces when loading the aid and / or body reference lines.

In einer Weiterbildung der Vorrichtung zur Erfassung der Außengeometrie und / oder der Vorrichtung zur Erfassung der Innengeometrie weist die betreffende Vorrichtung ein Patientenkoordinatensystem im Sinne dieser Druckschrift auf, wie es bereits im Zuge der Beschreibung des Verfahrens geschildert wurde.In a development of the device for detecting the external geometry and / or the device for detecting the internal geometry, the device in question has a patient coordinate system in the sense of this publication, as has already been described in the course of the description of the method.

Wichtige Voraussetzungen dafür, dass über die Erfassungseinrichtungen der beiden genannten Vorrichtungen die Außen- und Innengeometrie des Testhilfsmittels korrekt erfass- und digitalisierbar sind, sind eine präzise innere Kalibrierung und Bestimmung der räumlichen Orientierung jeder einzelnen Erfassungseinrichtung. Eine Weiterbildung einer oder beider Vorrichtungen weist daher eine Kalibriereinrichtung zum, insbesondere inneren, Kalibrieren und / oder zum Bestimmen der, insbesondere äußeren, räumlichen Orientierungen der Erfassungseinrichtungen auf. Über die Kalibriereinrichtung kann dann zu einem gewünschten Zeitpunkt des Verfahrens oder in Wartungspausen eine spezifizierte Genauigkeit der Erfassung und Digitalisierung und somit des resultierenden definitiven Hilfsmittels abgesichert werden.Important prerequisites for the fact that the outer and inner geometry of the test tool can be correctly detected and digitized via the detection devices of the two devices mentioned are precise internal calibration and determination of the spatial orientation of each individual detection device. A development of one or both devices therefore has a calibration device for, in particular internal, calibrating and / or for determining the, in particular outer, spatial orientations of the detection devices. The calibration device can then be used to secure a specified accuracy of the acquisition and digitization and thus of the resulting definitive aid at a desired time of the method or during maintenance breaks.

Im Falle der Vorrichtung zur Erfassung der Außengeometrie ist die Kalibriereinrichtung vorzugsweise an deren Positionier- oder Justiereinrichtung positionierbar, insbesondere positioniert.In the case of the device for detecting the external geometry, the calibration device is preferably positionable, in particular positioned, on its positioning or adjusting device.

In einer Weiterbildung hat die Kalibriereinrichtung von den Erfassungseinrichtungen erfassbare Referenzen. Die Referenzen können beispielsweise zueinander beabstandet angeordnete Kuben, Zylinder oder Kugeln oder Körper mit anderer Geometrie, insbesondere einer Regelgeometrie, sein.In a further development, the calibration device has detectable references from the detection devices. The references may, for example, cubes, cylinders or spheres arranged at a distance from each other or bodies with a different geometry, in particular a control geometry.

In einer Weiterbildung sind die Referenzen in nur einer Ebene, insbesondere in einem ebenen Gitter, angeordnet. Alternativ oder ergänzend sind die Referenzen in mehreren, insbesondere parallelen Ebenen, insbesondere in Form eines Raumgitters, angeordnet. Dieses kann die Form eines Würfels oder Quaders aufweisen. Die Ebene oder das Gitter sind insbesondere zur Bestimmung von internen Parametern der Erfassungseinrichtungen geeignet, die notwendig sind, um die Erfassungseinrichtungen zur korrekten Digitalisierung der Geometrien, also zu deren korrekter Vermessung, nutzen zu können. Hierbei werden beispielsweise die reale Verzeichnung und die reale Brennweite der jeweiligen Erfassungseinrichtung ermittelt. Das Raumgitter eignet sich insbesondere zur Bestimmung der räumlichen Position und Orientierung - also der drei Raumkoordinaten und der drei Rotationen - der jeweiligen Erfassungseinrichtung. In a further development, the references are arranged in only one plane, in particular in a planar grid. Alternatively or additionally, the references are arranged in several, in particular parallel planes, in particular in the form of a space grid. This may have the shape of a cube or cuboid. The plane or the grating are in particular suitable for determining internal parameters of the detection devices which are necessary in order to be able to use the detection devices for the correct digitization of the geometries, ie for their correct measurement. In this case, for example, the real distortion and the real focal length of the respective detection device are determined. The space grid is particularly suitable for determining the spatial position and orientation - ie the three spatial coordinates and the three rotations - the respective detection device.

In einer Weiterbildung der Kalibriereinrichtung deckt deren Volumen zumindest ein Volumen des bestehenden hohlen Hilfsmittels oder Negativabdrucks ab, sodass eine Kalibrierung und Orientierung mit hoher Qualität erfolgen kann.In a refinement of the calibration device, its volume covers at least one volume of the existing hollow auxiliary means or negative impression, so that high quality calibration and orientation can take place.

Vorzugsweise sind Achsen des Patientenkoordinatensystems mit Achsen, entlang denen die Referenzen angeordnet sind, identisch oder zumindest parallel, oder die genannten Achsen weisen eine Transformation zueinander auf.Preferably, axes of the patient coordinate system with axes along which the references are arranged are identical or at least parallel, or said axes have a transformation to one another.

Eine erfindungsgemäße Einheit zur Durchführung des vorbeschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens hat zumindest die Vorrichtung zum Erfassen der Innengeometrie gemäß der vorangegangenen Beschreibung, eine Vorrichtung zum Erfassen der Außengeometrie gemäß der vorangegangenen Beschreibung, eine Speichereinrichtung zur Speicherung der von den Vorrichtungen erfassten Daten. Des Weiteren hat sie eine Auswerteeinrichtung, die so ausgelegt ist, dass sie aus den erfassten Daten, insbesondere gemäß einem bildbasierten Verfahren, je ein 3D-Modell, insbesondere eine Punktwolke, der Innengeometrie und der Außengeometrie generieren kann, und dass sie die Innengeometrie mit Bezug zur Außengeometrie ausrichten und skalieren kann, und dass sie die Innengeometrie und / oder Außengeometrie auf anatomische Zonen analysieren kann. Zudem ist sie vorzugsweise so ausgelegt, dass sie die vorbeschriebene innere und / oder äußere Kalibrierung der genannten Erfassungseinrichtungen durchführen kann. Zudem hat die Einheit eine Einrichtung zur Erzeugung von CAD-Daten, die so ausgelegt ist, dass sie ein CAD-Modell des hohlen orthopädischen Hilfsmittels, insbesondere ein parametrisiertes Flächen- und / oder Blockmodell, aus den 3D-Modellen generieren, kann, und die Innengeometrie und / oder die Außengeometrie im Bereich der ermittelten anatomischen Zone modifizieren kann.A unit according to the invention for carrying out the above-described method according to the invention has at least the device for detecting the internal geometry according to the preceding description, a device for detecting the external geometry according to the preceding description, a memory device for storing the data acquired by the devices. Furthermore, it has an evaluation device which is designed so that it can generate from the acquired data, in particular according to an image-based method, a respective 3D model, in particular a point cloud, the inner geometry and the outer geometry, and that they relate the inner geometry align and scale to the outer geometry, and that it can analyze the inner geometry and / or outer geometry for anatomical zones. In addition, it is preferably designed so that it can perform the above-described internal and / or external calibration of said detection devices. In addition, the unit has a means for generating CAD data that is adapted to generate a CAD model of the hollow orthopedic device, in particular a parametric surface and / or block model, from the 3D models, and the Internal geometry and / or the outer geometry in the region of the determined anatomical zone can modify.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein vereinfachtes Ablaufschema eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung eines Modells eines orthopädischen Hilfsmittels;
  • 2 eine Vorrichtung zum Erfassen einer Innengeometrie eines Testhilfsmittels, in einer Seitenansicht;
  • 3 eine Detailansicht der Vorrichtung gemäß 2 im Bereich einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Innengeometrie;
  • 4 eine Vorrichtung zum Erfassen einer Außengeometrie des Testhilfsmittels mit Bezug zu einem Koordinatensystem, in einer perspektivischen Ansicht; und
  • 5 die Vorrichtung gemäß 4 mit einer montierten Kalibriereinrichtung.
A preferred embodiment of the invention will be explained in more detail below with reference to schematic drawings. Show it:
  • 1 a simplified flow diagram of an embodiment of a method according to the invention for creating a model of an orthopedic aid;
  • 2 a device for detecting an internal geometry of a test tool, in a side view;
  • 3 a detailed view of the device according to 2 in the region of a detection device for detecting the internal geometry;
  • 4 a device for detecting an outer geometry of the test tool with respect to a coordinate system, in a perspective view; and
  • 5 the device according to 4 with a mounted calibration device.

Gemäß 1 hat ein Verfahren, über das ein Modell, insbesondere ein CAD-Modell, eines hohlen, bestehenden Hilfsmittels, insbesondere eines Testhilfsmittels oder eines Negativabdrucks des Testhilfsmittels, erzeugbar ist, mehrere Schritte. Eine anfängliche Geometrieerfassung erfolgt in zwei Schritten 2 und 4. Im Schritt 2 erfolgt zunächst die Erfassung und Digitalisierung der Außengeometriedes Testhilfsmittels mittels einer Vorrichtung 6 (vgl. 4). Zudem wird die Innengeometrie des Testhilfsmittels erfasst. Dies erfolgt in Schritt 4 und mit einer Vorrichtung 8, wie sie die später erläuterten 2 und 3 zeigen. Die Erfassung und Digitalisierung der Außengeometrie gemäß dem Schritt 2 mithilfe der Vorrichtung 6 kann dabei bereits mit Bezug zu einem Patientenkoordinatensystem x, y, z erfolgen, indem das Testhilfsmittel in der Vorrichtung 6 vor der Erfassung in seiner späteren, realen Position am Patienten positioniert wird. Die auf diese Weise erfasste und digitalisierte Außengeometrie bietet im Folgenden die Möglichkeit, die bis dahin einheitenlose erfasste Innengeometrie, räumlich auszurichten und über eine Skalierung an den reellen Maßstab der erfassten und digitalisierten Außengeometrie anzupassen.According to 1 For example, a method by which a model, in particular a CAD model, a hollow, existing tool, in particular a test tool or a negative print of the test tool, can be generated, has several steps. An initial geometry acquisition occurs in two steps 2 and 4 , In step 2 First, the detection and digitization of the outer geometry of the test tool by means of a device 6 (see. 4 ). In addition, the internal geometry of the test tool is recorded. This is done in step 4 and with a device 8th as they explained later 2 and 3 demonstrate. The acquisition and digitization of the outer geometry according to the step 2 using the device 6 can already be related to a patient coordinate system x . y . z done by the test tool in the device 6 is positioned on the patient in his later, real position before detection. The outer geometry acquired and digitized in this way subsequently offers the possibility of spatially aligning the hitherto unitless recorded internal geometry and of scaling it to the real scale of the acquired and digitized external geometry.

Das Ausrichten und Skalieren erfolgt im Schritt 6 gemäß 1. Für diesen Schritt 6 sind im Prinzip zwei Lösungen möglich. Zum einen können am Testhilfsmittel Signal- oder Passmarken angebracht werden, die die Wandung des bestehenden Hilfsmittels durchsetzen, so dass sie je einen sichtbaren Endabschnitt außenseitig und innenseitig aufweisen. Unter Kenntnis der Geometrie, Orientierung und Identifikation dieser Signal- oder Passmarken sind diese jeweils eindeutig in der digitalisierten Innen- und Außengeometrie identifizierbar. Ausgehend von dem der Außengeometrie zugeordneten Abschnitt der Passmarke kann dann die räumliche Position des der Innengeometrie zugeordneten Abschnitts der Passmarke errechnet werden. Hieraus ist eine notwendige Transformation und / oder Skalierung der Innengeometrie relativ zu der Außengeometrie berechenbar. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, die Innengeometrie an der im Raum ausgerichteten Außengeometrie auszurichten und zu skalieren, indem ein Verfahren angewendet wird, wie es in der Offenlegungsschrift DE 10 2014 102 997 A1 der Anmelderin beschrieben wird. Dabei erfolgt dieser Schritt anhand von ausreichenden Überlappungen der digitalisierten Außen- und Innengeometrien. Hierbei werden zunächst maßstabskorrekte Außenerfassungen, beispielsweise Außenbilder, zusammengefügt. Dann wird eine einheitenlose Innengeometrie erstellt und letztlich anhand der Überlappungen mit der Außengeometrie skaliert und ausgerichtet.The alignment and scaling is done in step 6 according to 1 , For this step 6 In principle, two solutions are possible. On the one hand signal or registration marks can be attached to the test tool, which enforce the wall of the existing aid, so that they each have a visible end portion on the outside and inside. With knowledge of the geometry, orientation and identification of these signal or registration marks, these are each clearly identifiable in the digitized internal and external geometry. Starting from the outer geometry assigned portion of the registration mark can then the spatial position of the inner geometry assigned portion of the registration mark are calculated. From this, a necessary transformation and / or scaling of the inner geometry relative to the outer geometry can be calculated. Alternatively or additionally, it is possible to align and scale the inner geometry to the space-oriented outer geometry by using a method as described in the published patent application DE 10 2014 102 997 A1 the applicant is described. This step is based on sufficient overlaps of the digitized external and internal geometries. In this case, scale-accurate external detections, for example external images, are first assembled. Then a unitless internal geometry is created and ultimately scaled and aligned based on the overlaps with the outer geometry.

Prinzipiell kann zur Erfassung und Digitalisierung der Innen- und Außengeometrie beispielsweise ein Scan der jeweiligen Geometrie erfolgen und dadurch direkt eine 3D-Punktewolke erzeugt werden. Alternativ oder ergänzend kann ein bildbasiertes Verfahren angewendet werden. Hierzu werden von der Außengeometrie und der Innengeometrie jeweils eine Vielzahl fotografischer Aufnahmen erzeugt und gespeichert. Dabei überlappen sich die Aufnahmen derart stark, dass wiederkehrende Merkmale zu einer automatischen Generierung einer 3D-Punktewolke herangezogen werden können. In dieser treten die jeweils von außen bzw. innen sichtbaren Abschnitte der Passmarken ebenfalls auf. Wie weiter oben bereits erwähnt, werden durch die Verwendung der Passmarken beide Bild- oder Aufnahmeverbünde, derjenige der Außengeometrie und der der Innengeometrie, gestützt und die Stabilität der Digitalisierung der jeweiligen Geometrie, insbesondere der Innengeometrie, ist gewährleistet. Die Wandlung der Aufnahmen durch das bildbasierte Verfahren in das jeweilige 3D-Modell erfolgt über eine Auswerteeinrichtung einer erfindungsgemäßen Einheit zur Durchführung des Verfahrens.In principle, for example, a scan of the respective geometry can take place for the detection and digitization of the internal and external geometry, thereby directly producing a 3D point cloud. Alternatively or additionally, an image-based method can be used. For this purpose, a variety of photographic images are generated and stored by the outer geometry and the inner geometry. The images overlap so strongly that recurring features can be used to automatically generate a 3D point cloud. In this, the respectively visible from the outside or inside sections of the registration marks also occur. As already mentioned above, the use of the registration marks supports both image or recording composites, that of the outer geometry and that of the inner geometry, and the stability of the digitization of the respective geometry, in particular the inner geometry, is ensured. The conversion of the recordings by the image-based method into the respective 3D model takes place via an evaluation device of a unit according to the invention for carrying out the method.

Ebenso erfolgt über die Auswerteeinrichtung der nächste Schritt 12 des Verfahrens, in welchem insbesondere die Innengeometrie anhand von Oberflächenkrümmungen und / oder Scheitelpunkten von Schnitt- oder Umfangskurven auf anatomische Besonderheiten und / oder anatomische Zonen analysiert wird. Diese Analyse ist so ausgelegt, dass anhand von Krümmungen auf dem 3D-Modell der Innengeometrie und / oder Außengeometrie, sowie von Scheitelpunkten der Umfangskurven oder Schnittkurven, anatomische Merkmale, wie Knöchel, Fersen oder Schienbeinkanten lokalisiert werden können. Diese für die Passform wichtigen Bereiche, insbesondere wichtigen anatomischen Zonen, werden dann in Schritt 14 zur Generierung eines Modellvorschlags anhand insbesondere durch Erfahrung gewonnener Parameter genutzt. Es erfolgt also zunächst ein Analysieren der Innengeometrie und / oder Außengeometrie auf anatomische Zonen und im Folgenden ein Modifizieren zumindest der Innengeometrie in einem Bereich der ermittelten anatomischen Zone. Der genannte Schritt der Analyse erfolgt ebenso über die bereits genannte Auswerteeinrichtung.Likewise, the next step takes place via the evaluation device 12 of the method, in which in particular the internal geometry is analyzed on the basis of surface curvatures and / or vertices of sectional or circumferential curves on anatomical features and / or anatomical zones. This analysis is designed to locate anatomical features such as ankles, heels, or tibial edges based on curvatures on the 3D model of internal geometry and / or external geometry, as well as vertexes of the circumferential or intersecting curves. These key-fit areas, particularly important anatomical zones, will then be in step 14 used to generate a model proposal based in particular on parameters gained through experience. Thus, first of all, the internal geometry and / or external geometry is analyzed on anatomical zones, and in the following a modification of at least the internal geometry in a region of the determined anatomical zone. The said step of the analysis is likewise carried out via the evaluation device already mentioned.

Spätestens für die Generierung eines Modellvorschlages anhand von gewonnenen Erfahrungsparametern 14 sollten die ausgerichteten und skalierten 3D-Modelle (diese können auch bereits zu einem 3D-Modell verbunden oder „gemergt“ sein) in einer Einrichtung zur Erzeugung von CAD-Daten in ein Flächen- und / oder Blockmodell (Solid) rückgeführt worden sein. An diesem CAD-Modell können dann die ermittelten anatomischen Zonen, d.h., für die Passform wichtigen Bereiche, in einem Modellvorschlag, z.B. mit einem Abstand oder Offset versehen werden. Der Abstand oder Offset kann dabei positiv oder negativ bemessen sein. Anlageflächen und die daraus entstehenden Weichteilverschiebungen am Patienten werden beispielsweise über den Patientenabdruck gesetzt.At the latest for the generation of a model proposal on the basis of gained experience parameters 14 For example, the aligned and scaled 3D models (which may already be linked or "merged" into a 3D model) may have been returned to a surface and / or block model (Solid) in a CAD data generation facility. On this CAD model, the determined anatomical zones, ie areas that are important for the fit, can then be provided with a distance or offset in a model proposal, for example. The distance or offset can be dimensioned positive or negative. Contact surfaces and the resulting soft tissue displacements on the patient are set, for example, over the patient's impression.

In einem letzten Schritt 16 erfolgt die Erstellung einer Bauteilkonstruktion des definitiv am Patienten einsetzbaren, hohlen orthopädischen Hilfsmittels.In a last step 16 the creation of a component construction of the definitely usable on the patient, hollow orthopedic aid.

Das Verfahren stellt insbesondere aufgrund der Schritte 12 und 14 (Analysieren der Innengeometrie auf anatomische Zonen und Modifizieren zumindest der Innengeometrie in einem Bereich einer ermittelten anatomischen Zone) ein weitgehend automatisiertes Verfahren zur orthopädischen Hilfsmittelkonstruktion bereit. Ein weiterer Schritt des Verfahrens (nicht dargestellt) ist die Möglichkeit, im Anschluss an die Erfassung vor oder nach jedem der Schritte jederzeit ein 3D-Modell ausleiten zu können und beispielsweise zu fertigen. Ergänzend kann der aus dem Schritt 14 generierte Modellvorschlag über andere Konstruktionswerkzeuge verändert werden.The procedure sets in particular due to the steps 12 and 14 (Analyzing the internal geometry to anatomical zones and modifying at least the internal geometry in a region of a determined anatomical zone) provides a largely automated method of orthopedic device construction. A further step of the method (not illustrated) is the possibility of being able to derive a 3D model at any time after the detection, before or after each of the steps, and to manufacture it, for example, at any time. In addition, the from the step 14 generated model proposal can be changed using other design tools.

Eine Vorrichtung 8 zum Erfassen einer zum Kontakt mit dem Patienten vorgesehenen Innengeometrie des Testhilfsmittels zeigen die 2 und 3. Gemäß 2 ist die Vorrichtung 8 länglich ausgebildet und daher für einen „Bildflug“ oder „Scanflug“ insbesondere durch einen länglichen Hohlraum geeignet, der beispielsweise einseitig geschlossen und sich als langgezogener im Wesentlichen zylindrischer oder konischer Körper erstreckt. Dabei ist es unrelevant, ob sich der Körper symmetrisch oder unsymmetrisch erstreckt. Vorzugsweise ist die Vorrichtung 8 in eingeschränkten Arbeitsbereichen oder Arbeitsräumen von beispielsweise 5 cm bis 40 cm Tiefe einsetzbar. Abweichend davon können aber auch größere, hohle Bereiche oder Räume erfasst werden. Die Vorrichtung 8 erstreckt sich von einer als Griffstück ausgestalteten, proximalen Handhabe 20 über eine Steuereinrichtung 22 und einer Reihe jeweils durch Gelenke 26 gelenkig verbundener Wirbelkörper 24 bis hin zu einem distalen Endstück 29, an dem eine fotografische Erfassungseinrichtung 32 angeordnet ist. Alternativ zu dieser Kamera kann dort ein Laserscanner angeordnet sein. Über die Gelenke 26 sind jeweils benachbarte Wirbelkörper 24 in einem Schwenkwinkelbereich von im Ausführungsbeispiel 10° gegeneinander verschwenkbar. Abweichend davon kann ein Schwenkwinkelbereich von 5° bis 15 ° vorgesehen sein. Beschränkt ist der Schwenkwinkel der Gelenke 26 dabei über an den Wirbelkörpern 24 ausgebildete Anschläge (nicht abgebildet). Das Endstück 29 mit der fotografischen Erfassungseinrichtung 32 ist hingegen über einen zwischen dem Endstück 29 und dem distal letzten Wirbelkörper 24 angeordneten Motor 28 gezielt gegen die Reihe der Wirbelkörper 24 abwinkelbar. Dies ermöglicht beispielsweise, eine abgewinkelte Geometrie, wie z. B. die eines Fußes, innenseitig zu erfassen. Der Motor 28 und die fotografische Erfassungseinrichtung 32 können über die Steuereinheit 22 synchronisiert sein, so dass Einzelaufnahmen in einem Ruhezustand gemacht werden können und somit ausreichend scharf sind. Zudem weist das Endstück an der fotografischen Erfassungseinrichtung 32 Leuchten einer Beleuchtungseinrichtung 34 gemäß 3 auf. Diese sind umfänglich um eine Optiköffnung der fotografischen Erfassungseinrichtung 32 angeordnet und dienen der Ausleuchtung eines Erfassungsbildfeldes.A device 8th for detecting an intended for contact with the patient internal geometry of the test aid show the 2 and 3 , According to 2 is the device 8th elongated and therefore suitable for a "picture flight" or "Scanflug" in particular by an elongated cavity, for example, closed on one side and extending as a long drawn substantially cylindrical or conical body. It is irrelevant whether the body extends symmetrically or asymmetrically. Preferably, the device is 8th can be used in restricted work areas or work spaces of, for example, 5 cm to 40 cm depth. Deviating from this, however, larger, hollow areas or rooms can also be detected. The device 8th extends from a configured as a handle, proximal handle 20 via a control device 22 and one row each through joints 26 articulated vertebral body 24 to a distal end piece 29 at which a photographic detection device 32 is arranged. As an alternative to this camera, a laser scanner can be arranged there. About the joints 26 are each adjacent vertebral bodies 24 in a swivel angle range of 10 ° in the embodiment against each other. Deviating from this, a pivot angle range of 5 ° to 15 ° may be provided. Limited is the tilt angle of the joints 26 while on the vertebral bodies 24 Trained attacks (not shown). The tail 29 with the photographic detection device 32 is on the other hand, one between the tail 29 and the distal last vertebral body 24 arranged engine 28 targeted against the row of vertebral bodies 24 bendable. This allows, for example, an angled geometry, such. B. that of a foot to capture the inside. The motor 28 and the photographic detector 32 can via the control unit 22 be synchronized, so that single shots can be made in a hibernation and thus are sufficiently sharp. In addition, the tail has the photographic detection device 32 Lighting a lighting device 34 according to 3 on. These are circumferentially around an optical aperture of the photographic detector 32 arranged and serve the illumination of a detection image field.

In 3 ist ein distaler Endabschnitt 30 der Vorrichtung 8 vergrößert dargestellt. Wie bereits erwähnt, ist die fotografische Erfassungseinrichtung 32 über den Motor 28 aktiv gegen die Reihe der Wirbelkörper 24 abwinkelbar. Zudem weist die fotografische Erfassungseinrichtung 32 eine gelenkige Verbindung 36, über die sie gegen das Endstück 29 rotierbar ist, auf. Der Motor für diese Rotationsbewegung ist im Endstück 29 angeordnet. Distal vom Motor 28 entfernt ist am proximalen Ende des Endstücks 29 ein Torsionsgelenk 38, ebenfalls motorgesteuert, angeordnet. Über das Torsionsgelenk 38 können das Endstück 29 und die daran angeordnete, fotografische Erfassungseinrichtung 32 um die sich längs der Wirbelkörper 24 erstreckende Längsachse der Vorrichtung 8 rotiert werden.In 3 is a distal end portion 30 the device 8th shown enlarged. As already mentioned, the photographic detection device 32 over the engine 28 active against the row of vertebral bodies 24 bendable. In addition, the photographic detection device 32 a hinged connection 36 about which they are against the tail 29 is rotatable, up. The motor for this rotational movement is in the tail 29 arranged. Distal from the engine 28 is removed at the proximal end of the tail 29 a torsion joint 38 , also motor-driven, arranged. About the torsion joint 38 can the tail 29 and the photographic detecting means disposed thereon 32 around the length of the vertebral body 24 extending longitudinal axis of the device 8th be rotated.

Am letzten Wirbelkörper 24 der Reihe sind radial außen zwei diametral zueinander angeordnete Stützeinrichtungen 40 angeordnet. Jede Stützeinrichtung 40 weist dabei eine nach radial außen geöffnete, O-förmige Klammer 42 auf. An deren einander gegenüber stehenden Federschenkeln 44 ist radial außen jeweils ein Rollmittel 46 angeordnet. Über die Rollmittel 46, die über die Federschenkel 44 elastisch gelagert sind, kann somit der distal letzte Wirbelkörper 24 an der zu erfassenden Innengeometrie radial abgestützt / abgerollt werden. Auf diese Weise ist durch die Stützeinrichtung 40 eine im Wesentlichen mittige Positionierung der fotografischen Erfassungseinrichtung 32 im Inneren des Testhilfsmittels, sogar bei sich ändernden Querschnitten, sichergestellt.At the last vertebral body 24 the row are radially outside two diametrically opposed support means 40 arranged. Each support device 40 has a radially outwardly open, O-shaped bracket 42 on. At their opposite spring legs 44 is radially outside each a rolling means 46 arranged. About the rolling means 46 passing over the spring legs 44 are elastically mounted, thus the distal last vertebral body 24 be radially supported / unrolled at the inner geometry to be detected. In this way, by the support means 40 a substantially central positioning of the photographic detection device 32 inside the test tool, even with changing cross-sections.

Eine Vorrichtung zum Erfassen einer Außengeometrie eines insbesondere hohlen Testhilfsmittels hat einen im Wesentlichen quaderförmigen Rahmen, der vier vertikale Säulen 48 aufweist, die sich zwischen einem Boden 50 und einem Deckboden 52 erstrecken. Die Säulen 48 weisen an ihrer jeweils diagonal in den Quader hinein weisenden Innenseite eine Vielzahl vertikal übereinander angeordneter Beleuchtungseinrichtungen 54 und fotografische Erfassungseinrichtungen 56 auf. Diese sind in vertikaler Richtung alternierend oder abwechselnd angeordnet, um Bildfelder der Erfassungseinrichtungen 56 jeweils gut auszuleuchten. Auch am Boden 50 und Deckboden 52 sind an der jeweils in den Quader weisenden Innenseite eine Vielzahl von fotografischen Erfassungseinrichtungen 56 und Beleuchtungseinrichtungen 54 angeordnet. Zentral auf dem Boden 50 ist eine Justiereinrichtung 58 zur definierten Lagepositionierung des Testhilfsmittels und einer Kalibriereinrichtung (vgl. 5) vorgesehen. Dabei ist beispielsweise ein Ursprung eines patientenorientierten Koordinatensystems x, y, z exakt mittig an der Justiereinrichtung 58 vorgegeben. Die Säulen 48 sind vorzugsweise vertikal, umfänglich gleichverteilt und mit gleichem, radialem Abstand zum Ursprung angeordnet. Abweichend vom Ausführungsbeispiel gemäß 4 können auch weniger Säulen 48, beispielsweise drei, vorgesehen sein, um den vorrichtungstechnischen Aufwand zu verringern. Alternativ können mehr als vier Säulen, beispielsweise fünf, sechs oder mehr, vorgesehen sein, um in Umfangsrichtung zur z-Achse einen kleineren Bildwinkel pro Erfassungseinrichtung 56 zu ermöglichen. Alle über die fotografischen Erfassungseinrichtungen 56 erfassten und digitalisierten Raumpunkte der Außengeometrie beziehen sich dann auf das genannte Koordinatensystem, sind also bereits im Patientenkoordinatensystem x, y, z korrekt positioniert. Die Justiereinrichtung 58 beinhaltet auch eine Messeinheit für die Hilfsmittelpositionierung. Über die Beleuchtungseinrichtungen 54 ist für eine ausreichende Beleuchtung des positionierten Testhilfsmittels gesorgt. In Summe weist die Vorrichtung 6 im gezeigten Ausführungsbeispiel 36 Kameras als fotografische Erfassungseinrichtungen 56 auf. Über diese erfolgt die Aufnahme einer Vielzahl von Fotos der Außengeometrie, die dann als Basis für das folgende bildbasierte Verfahren dienen. Dabei werden in den Aufnahmen auch die nach außen weisenden Endabschnitte der Passmarken berücksichtigt. Um die Erfassungseinrichtungen zur Digitalisierung des Testhilfsmittels - also im Sinne einer präzisen 3D-Vermessung - nutzen zu können, und für eine Beschleunigung eines Rechenvorgangs des bildbasierten Verfahrens können die Kameras 56 unter Nutzung einer Kalibriereinrichtung (vgl. 5) exakt vororientiert und kalibriert werden. Dies erhöht auch eine Genauigkeit des Rechenvorgangs.An apparatus for detecting an outer geometry of a particular hollow test aid has a substantially cuboidal frame, the four vertical columns 48 that is between a floor 50 and a decking 52 extend. The columns 48 have at their respective diagonally into the cuboid inside facing a plurality of vertically stacked lighting devices 54 and photographic capture devices 56 on. These are arranged alternately or alternately in the vertical direction to image fields of the detection devices 56 each light well. Also on the ground 50 and decking 52 are on the respectively pointing into the cuboid inside a variety of photographic detection devices 56 and lighting equipment 54 arranged. Central on the floor 50 is an adjustment device 58 for defined positional positioning of the test tool and a calibration device (cf. 5 ) intended. In this case, for example, an origin of a patient-oriented coordinate system x . y . z exactly in the middle of the adjusting device 58 specified. The columns 48 are preferably vertical, circumferentially equally spaced and arranged at the same radial distance from the origin. Notwithstanding the embodiment according to 4 can also have fewer columns 48 , For example, be provided in order to reduce the device complexity. Alternatively, more than four pillars, for example five, six or more, may be provided to provide a smaller angle of view per detector circumferentially to the z-axis 56 to enable. All about the photographic capture devices 56 recorded and digitized spatial points of the outer geometry then refer to the said coordinate system, so are already in the patient coordinate system x . y . z positioned correctly. The adjustment device 58 also includes a measuring unit for aid positioning. About the lighting devices 54 is ensured sufficient illumination of the positioned test tool. In sum, the device points 6 in the illustrated embodiment 36 Cameras as photographic capture devices 56 on. These are used to take a variety of photos of the outer geometry, which then serve as the basis for the following image-based process. The outward-facing end sections of the registration marks are also taken into account in the recordings. In order to be able to use the detection devices for digitizing the test tool, ie in the sense of a precise 3D measurement, and for accelerating a computing operation of the image-based method, the cameras can 56 using a calibration device (see. 5 ) exactly be pre-oriented and calibrated. This also increases the accuracy of the calculation process.

Die Zusammenführung der über die Vorrichtung 6 erfassten Außengeometrie mit der über die Vorrichtung 8 erfassten Innengeometrie des Testhilfsmittels erfolgt, wie bereits erwähnt, über geeignete, insbesondere stiftförmige, Signalisierungen oder Passmarken oder Passobjekte. Dabei ist wichtig, zumindest die Geometrie der verwendeten Passmarken, sowie die Distanz ihrer jeweiligen außen und innen sichtbaren Endabschnitte zu kennen. Bei stiftförmigen oder linearen Passmarken kann beispielsweise über die Vorrichtung 6 und eine nachgeschaltete Auswerteeinrichtung der außenseitige Endabschnitt der Passmarke einer Koordinate zugewiesen werden. Über eine Bestimmung einer 3D-Elipse oder eines 3D-Kreises und somit einer Punktnormalen kann dann ein orthogonaler Übertrag dieser äußeren 3D-Koordinate nach innen erfolgen. Auch auf der im Bereich der Innengeometrie angeordneten Seite ist ein Endabschnitt der Passmarke markant und damit über die Vorrichtung 8 gemäß 2 und 3 erfassbar, beispielsweise in Form einer Spitze oder eines Kreuzes, ausgebildet. Eine Zuordnung des äußeren Endabschnitts einer jeweiligen Passmarke zum inneren Endabschnitt dieser Passmarke kann manuell oder automatisch erfolgen. Eine korrekte Zuordnung kann beispielsweise durch eine vorher definierte Erfassungsreihenfolge der Außengeometrie und der Innengeometrie erfolgen.The merging of the device 6 recorded external geometry with the on the device 8th detected internal geometry of the test aid takes place, as already mentioned, via suitable, in particular pin-shaped, signaling or registration marks or passport objects. It is important to know at least the geometry of the pass marks used, as well as the distance of their respective outer and inner visible end sections. For pin-shaped or linear registration marks, for example, via the device 6 and a downstream evaluation device, the outside end portion of the registration mark to be assigned to a coordinate. By determining a 3D ellipse or a 3D circle and thus a point normal, an orthogonal transfer of this outer 3D coordinate to the inside can then take place. Also on the side arranged in the area of the inner geometry, an end portion of the registration mark is prominent and thus on the device 8th according to 2 and 3 detectable, for example in the form of a tip or a cross formed. An assignment of the outer end portion of a respective registration mark to the inner end portion of this registration mark can be done manually or automatically. A correct assignment can be made for example by a previously defined detection sequence of the outer geometry and the inner geometry.

5 zeigt die Vorrichtung 6 gemäß 4 mit einer zusätzlich montierten Kalibriereinrichtung 60 zur inneren und äußeren Kalibrierung der Erfassungseinrichtungen 56 und der Erfassungseinrichtung 32 gemäß den 2 und 3. Die Kalibriereinrichtung 60 ist würfelförmig als Raumgitter aufgebaut. Hierzu weist sie im Ausführungsbeispiel je neun, sich in allen drei Koordinatensystemrichtungen x, y, z erstreckende Achsen oder Streben 62, 64, 66 auf. Diese kreuzen einander in drei parallelen, äquidistanten Horizontal-Ebenen 68, 70, 72 der Kalibriereinrichtung 60. An den Kreuzungspunkten, und auf halber Strecke zwischen diesen, ist jeweils eine würfelförmige Referenz 74, die zur Erfassung durch die Erfassungseinrichtungen 56 (bzw. 32) der Vorrichtung 6 (bzw. 8) vorgesehen ist, angeordnet. Positioniert ist die Kalibriereinrichtung 60 an einer am Boden 50 angeordneten Justier- oder Positioniereinrichtung der Vorrichtung 6, indem eine zentrale der Streben / Achsen 66 exakt mit der z-Achse des Patientenkoordinatensystem x, y, z zusammenfällt. Zudem fallen die die z-Achse kreuzenden, mittigen Streben / Achsen 62, 64 mit der z-x-Ebene bzw. mit der y-z-Ebene zusammen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die neun senkrechten Streben / Achsen 66 unterhalb der untersten 68 der Ebenen 68, 70, 72 mit der Distanz zweier Kreuzungspunkte verlängert, wobei in diesem Bereich der Streben / Achsen 66 keine Referenzen mehr angeordnet sind. 5 shows the device 6 according to 4 with an additionally mounted calibration device 60 for internal and external calibration of the detectors 56 and the detection device 32 according to the 2 and 3 , The calibration device 60 is cube-shaped as a space grid. For this purpose, in the exemplary embodiment, it has nine each in all three coordinate system directions x . y . z extending axes or struts 62 . 64 . 66 on. These intersect each other in three parallel, equidistant horizontal planes 68 . 70 . 72 the calibration device 60 , At the crossroads, and halfway between them, there is a cube-shaped reference 74 required for registration by the detection devices 56 (or. 32 ) of the device 6 (or. 8th ) is provided arranged. Positioned is the calibration device 60 at one on the ground 50 arranged adjusting or positioning of the device 6 by placing a central one of the struts / axes 66 exactly with the z -Axis of the patient coordinate system x . y . z coincides. In addition, the fall z -Axis crossing, central struts / axes 62 . 64 with the zx Level or with the Y Z Level together. In the embodiment shown, the nine vertical struts / axes 66 below the bottom 68 of the levels 68 . 70 . 72 extended with the distance between two crossing points, in which area the struts / axes 66 no more references are arranged.

Eine weitestgehend automatisierte Erzeugung der Modelle ist möglich, wenn das Testhilfsmittel bereits beim Scannen über eine Justiereinrichtung im patientenorientierten Koordinatensystem positioniert ist, so dass diese Positionierung automatisch ins Konstruktionsprogramm, übernommen werden kann.A largely automated generation of the models is possible if the test tool is already positioned during scanning via an adjusting device in the patient-oriented coordinate system, so that this positioning can be automatically incorporated into the design program.

Es sei festgehalten, dass das Verfahren, die Vorrichtungen und die Einheit nicht auf hohle orthopädische Hilfsmittel beschränkt sind. Prinzipiell ist das Verfahren und sind die genannten Vorrichtungen und die Einheit auch bei der Modellerstellung in anderen Technologiebereichen, in denen Modelle von hohlen Testmodellen abzuleiten sind verwendbar.It should be noted that the method, devices and unit are not limited to hollow orthopedic aids. In principle, the method and the said devices and the unit are also useful in modeling in other areas of technology where models of hollow test models are derived.

Offenbart ist ein Verfahren zum Erstellen eines final am Patienten einsetzbaren, hohlen orthopädischen Hilfsmittels aus einem hohlen Testhilfsmittel mittels einem Erfassen der Innen- und Außengeometrie des Testhilfsmittels; einer Skalierung und Ausrichtung der Innengeometrie an der Außengeometrie; einer automatisierten, erfahrungsbasierten Analyse zumindest der Innengeometrie auf relevante anatomische Zonen; einer automatisierten, erfahrungsbasierten Modifikation oder Belassung zumindest der Innengeometrie; und einem finalen Ausleiten eines Modellvorschlags für das final am Patienten einsetzbare, hohle orthopädische Hilfsmittel.Disclosed is a method of creating a final patient-deployable hollow orthopedic tool from a hollow test tool by detecting the internal and external geometry of the test tool; a scaling and alignment of the inner geometry on the outer geometry; an automated, experience-based analysis of at least the internal geometry on relevant anatomical zones; an automated, experience-based modification or omission of at least the inner geometry; and finally deriving a model proposal for the final patient-deployable hollow orthopedic device.

Offenbart sind weiterhin je eine Vorrichtung zur Erfassung und Digitalisierung der Innen- und der Außengeometrie des Testhilfsmittels.Also disclosed are each a device for detecting and digitizing the internal and external geometry of the test tool.

Offenbart ist weiterhin eine Einheit mit den Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.Disclosed is still a unit with the devices for carrying out the method.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Verfahrenmethod
22
Erfassen und Digitalisieren AußengeometrieCapture and digitize exterior geometry
44
Erfassen und Digitalisieren InnengeometrieCapture and digitize interior geometry
66
Vorrichtung zum Erfassen einer AußengeometrieDevice for detecting an external geometry
88th
Vorrichtung zum Erfassen einer InnengeometrieDevice for detecting an internal geometry
1010
Ausrichten und Skalieren der Innengeometrie an AußengeometrieAligning and scaling the inside geometry to outside geometry
1212
Analysieren der GeometrienAnalyze the geometries
1414
Generieren eines ModellvorschlagsGenerate a model proposal
16 16
Erstellen einer BauteilkonstruktionCreate a part design
2020
Handhabehandle
2222
Steuereinheitcontrol unit
2424
Wirbelkörpervertebra
2626
gelenkige Verbindungarticulated connection
2828
Motorengine
2929
Endstücktail
3030
distaler Endabschnittdistal end portion
3232
fotografische Erfassungseinrichtungphotographic detection device
3434
Beleuchtungseinrichtunglighting device
3636
gelenkige Verbindungarticulated connection
3838
Torsionsgelenktorsion
4040
Stützeinrichtungsupport means
4242
Klammerclip
4444
Federschenkelspring leg
4646
Rollmittelrolling means
4848
Säulepillar
5050
Bodenground
5252
Deckbodendeck floor
5454
Beleuchtungseinrichtunglighting device
5656
fotografische Erfassungseinrichtungphotographic detection device
5858
Justiereinrichtungadjusting
6060
Kalibriereinrichtungcalibration
62, 64, 6662, 64, 66
Achseaxis
68, 70, 7268, 70, 72
Ebenelevel
7474
Referenz reference
x, y, zx, y, z
patientenorientiertes Koordinatensystem / Patientenkoordinatensystempatient-oriented coordinate system / patient coordinate system

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102004007455 A1 [0004]DE 102004007455 A1 [0004]
  • DE 102007014747 A1 [0004]DE 102007014747 A1 [0004]
  • EP 0555207 B1 [0004]EP 0555207 B1 [0004]
  • EP 1044648 B1 [0005]EP 1044648 B1 [0005]
  • US 6463351 B1 [0006]US 6463351 B1 [0006]
  • DE 4232606 A1 [0007]DE 4232606 A1 [0007]
  • DE 102014102997 A1 [0008, 0062]DE 102014102997 A1 [0008, 0062]

Claims (22)

Verfahren zum Erstellung eines Modells, insbesondere CAD-Modells, eines hohlen orthopädischen Hilfsmittels von einem bestehenden hohlen Hilfsmittel und / oder dessen Negativabdruck, mit Schritten - Digitalisieren einer Außengeometrie (2) und Digitalisieren einer zum Kontakt mit dem Patienten vorgesehenen Innengeometrie (4) des bestehenden Hilfsmittels oder Negativabdrucks; - Ausrichten und Skalieren der Innengeometrie mit Bezug zur Außengeometrie (10); und - Erstellen des Modells in Abhängigkeit der Außengeometrie und Innengeometrie (16); dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt Erstellen des Modells (16) Schritte - Analysieren der Innengeometrie und / oder Außengeometrie auf anatomische Zonen (12); und - Modifizieren oder Belassen der Innengeometrie und / oder Außengeometrie in einem Bereich einer ermittelten anatomischen Zone (14) erfolgen.Method for creating a model, in particular a CAD model, of a hollow orthopedic aid from an existing hollow aid and / or its negative impression, with steps - digitizing an outer geometry (2) and digitizing an existing internal geometry (4) for contact with the patient Auxiliary or negative impression; - Aligning and scaling the internal geometry with respect to the outer geometry (10); and - creating the model as a function of the outer geometry and inner geometry (16); characterized in that prior to the step of creating the model (16) steps - analyzing the internal geometry and / or external geometry on anatomical zones (12); and - modifying or leaving the internal geometry and / or external geometry in a region of a determined anatomical zone (14). Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt Digitalisieren der Außengeometrie (2) mit Bezug zu einem Koordinatensystem (x, y, z), insbesondere einem Patientenkoordinatensystem, erfolgt.Method according to Claim 1 wherein the step digitizing the outer geometry (2) with respect to a coordinate system (x, y, z), in particular a patient coordinate system, takes place. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei mit den Schritten „Digitalisieren“ (2, 4) wenigstens eine, die Außengeometrie und Innengeometrie verknüpfende Passmarke digitalisiert wird, und / oder wobei mit dem Schritt „Digitalisieren“ wenigstens eine Überlappung der Außengeometrie und Innengeometrie digitalisiert wird.Method according to Claim 1 or 2 wherein at least one registration mark associating the outer geometry and inner geometry is digitized with the steps "digitizing" (2, 4) and / or wherein at least one overlap of the outer geometry and inner geometry is digitized with the step "digitizing". Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt „Ausrichten und Skalieren“ (10) mittels der Passmarken und / oder der Überlappung erfolgt.Method according to Claim 3 in which the step "aligning and scaling" (10) takes place by means of the registration marks and / or the overlap. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der Schritte „Digitalisieren“ (2, 4) mittels einem bildbasierten Verfahren, basierend auf Fotos der Außengeometrie und der Innengeometrie erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein at least one of the steps "digitizing" (2, 4) takes place by means of an image-based method based on photos of the outer geometry and the inner geometry. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt „Analysieren“ (12) in Abhängigkeit wenigstens einer Schnittkurve der Innengeometrie erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the step "analyzing" (12) takes place as a function of at least one sectional curve of the internal geometry. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt „Analysieren‟ (12) in Abhängigkeit einer Krümmung und / oder eines Scheitelpunktes der Schnittkurve erfolgt.Method according to Claim 6 , wherein the step "Analyze" (12) takes place as a function of a curvature and / or a vertex of the cut curve. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schritt „Modifizieren oder Belassen“ (14) mittels Addieren oder Subtrahieren eines im Bereich konstanten oder variablen Offsets erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the step "modify or leave" (14) takes place by means of adding or subtracting a constant or variable offset in the range. Vorrichtung zum Erfassen einer zum Kontakt mit einem Patienten vorgesehenen Innengeometrie von einem bestehenden hohlen Hilfsmittel, insbesondere Testhilfsmittel, oder von dessen Negativabdruck, mit einer Reihe gelenkig verbundener Wirbelkörper (24), wobei ein an einem distalen Endabschnitt oder Endstück (29) eine Erfassungseinrichtung (32) zur 2D- oder 3D-Erfassung der Innengeometrie angeordnet ist.Device for detecting an internal geometry intended for contact with a patient from an existing hollow aid, in particular test aid, or from its negative impression, with a series of articulated vertebral bodies (24), wherein a detection device (32) is provided at a distal end portion or end piece (29) ) is arranged for 2D or 3D detection of the internal geometry. Vorrichtung nach Anspruch 9 mit einer sich quer zur Reihe, insbesondere nach radial außen erstreckenden, elastischen oder adaptiven, Stützeinrichtung (40), über die die Erfassungseinrichtung (32) an der Innengeometrie abstützbar, insbesondere mit Bezug zur Innengeometrie zentrierbar ist.Device after Claim 9 with a support device (40) extending transversely to the row, in particular radially outwardly, elastic or adaptive, by means of which the detection device (32) can be centered on the internal geometry, in particular with respect to the internal geometry. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10 mit einer Stelleinrichtung (28), insbesondere einem Stellmotor, über die der distale Endabschnitt oder das distale Endstück (29) in eine abgewinkelte Stellung zum proximalen Rest der Reihe bringbar ist.Device after Claim 9 or 10 with an adjusting device (28), in particular a servo motor, via which the distal end section or the distal end section (29) can be brought into an angled position relative to the proximal remainder of the row. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei am distalen Endabschnitt (30), insbesondere am Endstück (29), eine Beleuchtungseinrichtung (34) zur Ausleuchtung eines Erfassungsfeldes der Erfassungseinrichtung (32) vorgesehen ist.Device according to one of Claims 9 to 11 , wherein at the distal end portion (30), in particular at the end piece (29), a lighting device (34) for illuminating a detection field of the detection device (32) is provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei ein Bewegungsorbit der gelenkigen Verbindung (26), insbesondere ein Dreh- oder Schwenkorbit, passiv, insbesondere von einer Anschlageinrichtung, beschränkt ist, oder wobei ein Bewegungsorbit der gelenkigen Verbindung, insbesondere ein Dreh- oder Schwenkorbit, gesteuert, insbesondere von einer gesteuerten Stelleinrichtung, beschränkt ist.Device according to one of Claims 9 to 12 , wherein a Bewegungsorbit the articulated connection (26), in particular a rotary or orbital, passive, in particular by a stop means is limited, or wherein a movement orbit of the articulated connection, in particular a rotary or orbiting, controlled, in particular by a controlled adjusting device , is limited. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei an einem proximalen Endabschnitt eine Steuereinrichtung (22) angeordnet ist, über die eine Gelenkbewegung und / oder deren Beschränkung und / oder die Erfassungseinrichtung (32) und / oder die Beleuchtungseinrichtung (34) steuerbar ist oder sind.Device according to one of Claims 9 to 13 , wherein at a proximal end portion, a control device (22) is arranged, via which a joint movement and / or the restriction and / or the detection device (32) and / or the illumination device (34) is controllable or are. Vorrichtung zum Erfassen einer Außengeometrie von einem bestehenden, insbesondere hohlen, Hilfsmittel, insbesondere Testhilfsmittel, und / oder von dessen Negativabdruck, mit einem Rahmen (48, 50, 52), an dem eine Positioniereinrichtung (58) zur Positionierung des Hilfsmittels angeordnet ist, und an dem eine Vielzahl von Erfassungseinrichtungen (56) zur zumindest abschnittsweisen 2D- oder 3D- Erfassung der Außengeometrie verteilt, insbesondere fest, angeordnet sind.Device for detecting an external geometry of an existing, in particular hollow, auxiliary, in particular test auxiliary, and / or its negative impression, with a frame (48, 50, 52) on which a positioning device (58) for positioning the auxiliary device is arranged, and on which a plurality of detection devices (56) for at least partially 2D or 3D detection of the outer geometry distributed, in particular fixed, are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 15 mit einem Patientenkoordinatensystem (x, y, z) mit einem Ursprung, der in einer Sagittalebene und / oder Frontalebene und / oder Transversalebene des Patienten angeordnet ist.Device after Claim 15 with a patient coordinate system (x, y, z) having an origin in a sagittal plane and / or a frontal plane and / or transverse plane of the patient is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16 mit einer Kalibriereinrichtung (60) zum Kalibrieren und / oder räumlichen Orientieren der Erfassungseinrichtungen (32, 56).Device after Claim 15 or 16 with a calibration device (60) for calibrating and / or spatially orienting the detection devices (32, 56). Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Kalibriereinrichtung (60) an der Positioniereinrichtung (58) positionierbar, insbesondere positioniert, ist.Device after Claim 17 wherein the calibrating device (60) can be positioned, in particular positioned, on the positioning device (58). Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, wobei Referenzen der Kalibriereinrichtung in nur einer Ebene, insbesondere in einem ebenen Gitter, angeordnet sind, oder wobei Referenzen (74) der Kalibriereinrichtung (60) in Ebenen (68, 70, 72), insbesondere in einem Raumgitter, angeordnet sind.Device after Claim 17 or 18 wherein references of the calibration device are arranged in only one plane, in particular in a plane grid, or wherein references (74) of the calibration device (60) are arranged in planes (68, 70, 72), in particular in a space lattice. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei ein Volumen der Kalibriereinrichtung (60) zumindest ein Volumen des bestehenden hohlen Hilfsmittels oder Negativabdrucks beinhaltet.Device according to one of Claims 17 to 19 wherein a volume of the calibrator (60) includes at least a volume of the existing hollow tool or negative print. Vorrichtung zumindest nach Anspruch 16 und 19, wobei Achsen (x, y, z) des Patientenkoordinatensystems (x, y, z) und Achsen (62, 64, 66), entlang denen die Referenzen (74) angeordnet sind, identisch oder zumindest parallel sind oder eine Transformation aufweisen.Device at least after Claim 16 and 19 wherein axes (x, y, z) of the patient coordinate system (x, y, z) and axes (62, 64, 66) along which the references (74) are disposed are identical or at least parallel or have a transformation. Einheit zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 mit - einer Vorrichtung (8) zum Erfassen der Innengeometrie gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, - einer Vorrichtung (6) zum Erfassen der Außengeometrie gemäß einem der Ansprüche 15 bis 21, - einer Speichereinrichtung zur Speicherung der erfassten Daten, - einer Auswerteeinrichtung, die ausgelegt ist, ◯ aus den erfassten Daten, insbesondere gemäß einem bildbasierten Verfahren, je ein 3D-Modell, insbesondere eine Punktwolke, der Innengeometrie und der Außengeometrie zu generieren, ◯ die Innengeometrie mit Bezug zur Außengeometrie auszurichten und zu skalieren, ◯ die Innengeometrie und / oder Außengeometrie auf anatomische Zonen zu analysieren, - und mit einer Einrichtung zur Erzeugung von CAD-Daten, die ausgelegt ist, ◯ ein CAD-Modell des hohlen orthopädischen Hilfsmittels, insbesondere ein parametrisiertes Flächen- und / oder Blockmodell, aus den 3D-Modellen zu generieren, und ◯ die Innengeometrie und / oder die Außengeometrie im Bereich der ermittelten anatomischen Zone zu modifizieren.Unit for carrying out the method according to one of the Claims 1 to 8th with - a device (8) for detecting the internal geometry according to one of Claims 9 to 14 , - a device (6) for detecting the outer geometry according to one of Claims 15 to 21 - a memory device for storing the acquired data, - an evaluation device which is designed to generate ◯ from the acquired data, in particular according to an image-based method, a respective 3D model, in particular a point cloud, the inner geometry and the outer geometry Align and scale internal geometry with respect to the external geometry, analysieren analyze the internal geometry and / or external geometry on anatomical zones, and - with a device for generating CAD data that is designed, ◯ a CAD model of the hollow orthopedic device, in particular a parameterized surface and / or block model, to generate from the 3D models, and mod to modify the internal geometry and / or the outer geometry in the region of the determined anatomical zone.
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