WO2018020120A2 - Procede de conception et de fabrication d'un appareillage personnalise dont la forme est adaptee a la morphologie d'un utlisateur - Google Patents

Procede de conception et de fabrication d'un appareillage personnalise dont la forme est adaptee a la morphologie d'un utlisateur Download PDF

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WO2018020120A2
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generic
mold
user
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Frédérick VAN MEER
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Definitions

  • the present invention relates to a method of designing a custom apparatus, or a mold of such an apparatus, the apparatus being adapted to the morphology of a specific user and to whom it is specifically intended.
  • the invention also relates to a computer program implementing such a design method.
  • the invention also relates to a method of manufacturing such apparatus and apparatus designed and / or manufactured using the methods disclosed.
  • the term "apparatus” means any object or device that can be placed in close contact with the body of a user. It can be for example an object or a device whose function requires that it marries the shape of its user. As a non-exhaustive example of such an object, it may be a medical prosthesis, such as a joint prosthesis such as a hip prosthesis, an orthosis such as a knee pad or an elbow pad , or any other safety or body protection device such as a helmet, a back support shell, etc.
  • “mold” means any solid body on or in which we can apply a substance, for example plastic or a resin, to copy the shape and form all or part of an apparatus. For medical reasons, safety or comfort we seek to design such equipment so that it fits best to the morphology of its user.
  • a material model of a part of the body of the user is produced, for example using plaster, foam or wax that can be obtained directly by molding.
  • This model can then be modified by removing or adding material to obtain a mold, which can then be used to produce the custom apparatus, for example by thermoforming.
  • This traditional approach is time-consuming, expensive and does not lend itself to industrial manufacturing of customized equipment.
  • More recent approaches to designing custom equipment include developing a description of the equipment or its mold rather than making a model.
  • This description can be interpreted by a computer device to make a graphical representation and / or interpreted by a manufacturing equipment for real realization.
  • the description may include, by way of illustration, the finite element decomposition by 3D mesh of the surfaces defining the apparatus or its mold.
  • These recent design approaches may also be based on a description of the user's morphology.
  • This description similar to that of the apparatus, may comprise a 3D mesh of the surfaces defining the morphology.
  • the description may include an image volume (image composed of voxels) resulting for example from a measuring device such as an MRI, an X-ray scanner for axial tomography computed by computer, or an ultrasonic measurement device.
  • the description may comprise a plurality of 2D images (image composed of pixels) taken at different angles, for example in X-rays, making it possible to recompose the morphology of users.
  • Computer Assisted Software is for example known RODIN4D TM software, developed and distributed by the company RODIN.
  • CAD / CAM Computer Assisted Software
  • RODIN4D TM software developed and distributed by the company RODIN.
  • a description of the personalized apparatus is developed by combining a first part extracted from the description of the morphology of the user and a second part corresponding to a fixed description of the apparatus. 'equipment.
  • the first part corresponds to the surface of the apparatus which is in contact with a zone of the body of the user, and its shape is defined by conforming to the morphology of the user in this zone.
  • the second part corresponds to a portion of the equipment that is not in contact with the user, for example the outer surfaces of the equipment, and therefore does not necessarily have to be personalized.
  • the present invention aims to overcome all or part of the aforementioned drawbacks. It aims in particular to provide a method of designing and / or manufacturing a custom apparatus that limits or eliminates the need to manually edit the description of the equipment.
  • the object of the invention proposes, according to a first aspect, a method of designing a personalized apparatus whose shape is adapted to the morphology of a user. determined, or a mold of such apparatus.
  • the design process includes the following steps:
  • the method comprises a preliminary step of measurements to establish the description of the morphology of the determined user.
  • the descriptions comprise at least one description using a 3D description language of objects, a 3D mesh, a volume image, or a plurality of 2D images.
  • the object of the invention proposes a computer program comprising instructions adapted to the implementation of each of the steps of the design method, when the program is executed on a computer.
  • the subject of the invention proposes a method of manufacturing a personalized apparatus comprising: - the provision of a description of the custom apparatus or its mold obtained by the proposed design method;
  • the realization of the custom apparatus can be obtained by additive manufacturing or by machining.
  • the method may comprise the manufacture of the mold from the mold description of the custom apparatus, for example by machining or additive manufacturing.
  • FIG. 1 shows schematically the steps of a method according to one invention
  • FIGS. 2a to 2d show an example of application of the method of FIG.
  • the invention relates to a method of designing a custom apparatus, or a mold of such an apparatus, that is to say an apparatus whose shape is adapted to the morphology of a determined user. It is recalled that this apparatus may be an orthosis or prosthesis which the determined user wishes to equip.
  • the term "design" designates the stages intended to establish a description of an object (apparatus, mold, 7), sufficient, as necessary, to allow its representation for example under a graphic form using processing means and computer visualization or to allow its manufacture.
  • Warping & Morphing of Graphical Objects The Morgan Kaufmann Series in Computer Graphics, Morgan Kaufamn, 1998; for a detailed description of the well-known methods of description and manipulation of objects.
  • the invention is not limited to a particular form of description of the apparatus, a mold of this apparatus and / or the morphology of a user: these descriptions can be formed using a language description of objects (VRML, STL or STEP type). They can also be formed by finite element decomposition (3D mesh) of the surfaces that define them. They can also be described by a volume image, ie composed of points, called "voxels", located in a three-dimensional space and associated with at least one numerical value which can represent a level of gray or a color. Descriptions of an apparatus or a morphology may also be formed by a plurality of 2D images (composed of "pixels") for recomposing the object described in its volume.
  • a description of an apparatus, a mold, or a morphology may be hybrid, that is to say combine different forms of description such as those just presented. These different forms may relate to identical or complementary parts of the object described. Whatever the form (s) chosen to describe an object, its description can be materialized by a computer file containing the language elements and / or the pixels, voxels, and / or the mesh points that constitute it.
  • the present invention is based on the availability of a description of a generic apparatus or a mold of this apparatus.
  • the generic apparatus has a shape adapted to a generic morphology of a user.
  • This generic morphology is itself the subject of a description, referred to in this application as the "description of the generic morphology”.
  • a generic morphology is meant a morphology representative of a class of users. Only one generic morphology and its description can be available, and this morphology can then constitute a simplified and average morphology of a human body. Alternatively, a plurality of generic morphologies (and their descriptions) may be available, for example a generic male morphology and a female generic morphology. In all cases, a generic morphology and its description form a representative version, although simplified, of the class of users that it represents. It is noted that it is not necessary that the description of the generic morphology represents a human body as a whole. It may be the part of this body most relevant to the apparatus considered.
  • a generic morphology and its representation is associated a description of a generic apparatus, or a description of a mold of such apparatus.
  • the generic apparatus is precisely adapted to the generic morphology, that is to say that the surfaces which are called, by their functions, to come into contact with the user, follow the generic morphology.
  • the generic morphology and the generic device are described in the same starting space, which makes it possible to associate them with each other, to locate them relative to each other, and to ensure that they are well matched to each other.
  • the generic morphology being generally a simplified representation of a real morphology, it is understood that it is relatively easy to establish the description of this generic apparatus or its mold.
  • the invention is also based on the availability of a description of the morphology of the determined user to whom the custom apparatus is intended.
  • this description can take multiple and hybrid forms, but advantageously the description comes from an MRI type of measurement system, or from an X-ray scanner for computed tomography axial tomography, or still from an ultrasonic measuring device. These means make it possible to establish very directly a volume image of the morphology of the user.
  • the description may be derived from a measurement system making it possible to establish a plurality of 2D images of the user. It may be an X-ray device.
  • the description may be derived from a system for measuring the surface of the X-ray. skin. It can be a depth camera or a laser scan.
  • Figure 1 shows schematically the steps comprising a method according to a first embodiment of the invention.
  • the method comprises a first succession of steps consisting, without any precise order being imposed, in obtaining the representation of a generic apparatus whose shape is adapted to a generic morphology; to obtain a description of this generic morphology, and to obtain the description of the morphology of the determined user.
  • Descriptions of the generic apparatus and the generic morphology may be derived from, and selected from, a previously constituted library.
  • this succession of steps may include or be preceded by a step to establish this representation. This may be for example, but not exclusively, one of the measurement techniques that have been presented previously.
  • the method according to the invention comprises a step of processing the description of the generic morphology and the description of the morphology of the determined user.
  • This treatment aims to identify the geometric transformation of the space mapping the generic morphology, defined and described in a space of departure and morphology of the user determined, defined and described in an arrival space.
  • this treatment amounts to determining the transformation of the space which best matches elements defining a first description of an object in a first disposition to the elements defining a second description of this object in a second disposition.
  • This treatment generally arises as an optimization problem whose resolution implements known techniques for minimizing a function, for example derived from a gradient method.
  • the present invention utilizes known object description matching algorithms to identify the geometric transformation mapping the generic morphology and the determined user morphology.
  • This geometric transformation can be indifferently that applied to the representation of the generic morphology to obtain the morphology of the determined user. Conversely, it may be that applied to the description of the morphology of the user determined to obtain a morphology corresponding best to that of the generic morphology. In the latter case, great care is taken to reverse the geometrical transformation before applying it in accordance with the next step of the design process, the description of which follows.
  • the geometric transformation can be determined in the form of a combination of translation, rotation, homothety, etc. ...
  • the geometrical transformation can take the form of a deformation field associating, for example, each point of the departure space with a point of the arrival space; or associating a displacement to be applied along the X, Y and Z directions at each point of the departure space to determine the point of the arrival space.
  • the geometric transformation identified is applied to the description of the generic apparatus to establish the description of the personalized apparatus.
  • the personalized apparatus is adapted to the morphology of the user. determined.
  • As its transformation applies to the space containing the apparatus as a whole (for example by applying the deformation field identified, as has been specified previously), it is not necessary to combine several parts together to form the description of the custom apparatus. This limits or even eliminates the need to manually edit the description of the custom apparatus.
  • the step of applying the geometric transformation is implemented concurrently to the step leading to determining the geometric transformation.
  • the description of the generic apparatus is associated with local information of rigidity.
  • This information clarifies which areas of the generic apparatus may be transformed or deformed freely, which ones must be untransformed or deformed, or which must undergo a lesser degree of transformation or deformation.
  • it is possible to locally modulate the application of the geometrical transformation on the generic apparatus.
  • This may have the advantage of preserving, in the adapted apparatus, portions that have not fully undergone the geometric transformation and that can therefore preserve, at least in part, their original geometry. It may be functional portions of the equipment, for example a joint, that a poorly controlled transformation could render inoperative.
  • This description especially when it takes the form of a computer file, can be used as such by processing and / or visualization devices, for example to form objects integrated in an animated sequence.
  • Figures 2a to 2d show an example of application of a method according to the invention to the design of a leg orthosis.
  • FIG. 2a represents, in a departure space materialized by the grid 1, a generic morphology 2 of a member of a user and the generic orthosis 3 associated with this member. There is also shown a functional part 3a of the orthosis, "rigid", which must not undergo transformation.
  • the representation of the morphology and orthosis was obtained from their respective descriptions, which define these objects in 3 dimensions. This description also defines the degree of rigidity of the functional part 3a, as has been explained previously.
  • FIG. 2b represents, under the same angle of view as that used in FIG.
  • a morphology 4 of a member of a given user for example obtained by a 3D scanning technique. Similar to the comments applying to FIG. 2a, the representation of the morphology of the determined user has been obtained from his description, which defines this object in 3 dimensions.
  • FIG. 2c represents the geometrical transformation applied to the generic morphology 2 for the match with the morphology 4 of the determined user.
  • This transformation is notably materialized by the deformation of the grid 1 ', defining the deformation field applying to the starting space to ensure this correspondence.
  • the morphology 2 'represented in this figure is identical to that shown in FIG. 2b, of the determined user 4.
  • FIG. 2c also shows the generic orthosis 3 to which the same application has been applied. transformation field that applied to the generic morphology, to form the transformed generic orthosis 3 '.
  • This orthosis transformed 3 ' defines the orthosis adapted to the particular user, which is shown in Figure 2d.
  • the design method aims to establish a mold of the custom apparatus rather than the apparatus itself.
  • the method comprises a step of obtaining the description of the mold for the realization of the generic apparatus.
  • the geometric transformation of space that maps the generic morphology to the morphology of the determined user is applied to the mold of the generic apparatus so as to obtain the description of the mold of the custom apparatus.
  • This mold once manufactured, allows for example by thermoforming, custom equipment.
  • the design method according to the invention is intended to be implemented by a computer, via a computer program consisting of instructions adapted to implement at least each of the steps of this method.
  • the description of the custom apparatus is used to produce the custom apparatus as such or its mold, so that it can equip the determined user.
  • the invention therefore relates, in this other aspect, a method of manufacturing a custom apparatus or its mold. It also relates to the custom apparatus obtained by this method.
  • the custom apparatus or its mold is made by additive manufacturing, particularly well suited to the manufacture of an object in single copy, as is the case for an equipment personalized to its user. It can also be a manufacturing by machining.

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Description

PROCEDE DE CONCEPTION ET DE FABRICATION D'UN APPAREILLAGE PERSONNALISE DONT LA FORME EST ADAPTEE A LA MORPHOLOGIE
D'UN UTILISATEUR. DOMAINE DE L' INVENTION
La présente invention concerne un procédé de conception d'un appareillage personnalisé, ou d'un moule d'un tel appareillage, l'appareillage étant adapté à la morphologie d'un utilisateur déterminé et à qui il est spécifiquement destiné. L'invention concerne aussi un programme d'ordinateur mettant en œuvre une telle méthode de conception. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel appareillage et un appareillage conçu et/ou fabriqué à l'aide des méthodes exposées.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L' INVENTION Dans le cadre de la présente invention, on désigne par « appareillage » tout objet ou dispositif pouvant être disposé en contact intime avec le corps d'un utilisateur. Il peut s'agir par exemple d'un objet ou d'un dispositif dont la fonction impose qu'il épouse la forme de son utilisateur. À titre d'exemple non exhaustif d'un tel objet, il peut s'agir d'une prothèse médicale, telle qu'une prothèse d'articulation comme une prothèse de hanche, d'une orthèse telle qu'une genouillère ou une coudière, ou de tout autre dispositif de sécurité ou de protection du corps tel qu'un casque, une coque de maintien du dos, etc. Et par « moule », on désigne tout corps plein sur ou dans lequel on peut appliquer une substance, par exemple plastique ou une résine, pour en copier la forme et former tout ou partie d'un appareillage. Pour des raisons médicales, de sécurité ou de confort on cherche à concevoir un tel appareillage pour qu'il s'ajuste au mieux à la morphologie de son utilisateur .
Selon une première méthode connue de conception et de fabrication, on réalise une maquette matérielle d'une partie du corps de l'utilisateur, par exemple à l'aide de plâtre, de mousse ou de cire qui peut être obtenue directement par moulage. Cette maquette peut ensuite être modifiée par enlèvement ou ajout de matière pour obtenir un moule, qui peut alors être employé pour produire l'appareillage personnalisé, par exemple par thermoformage. Cette approche traditionnelle est longue, coûteuse et ne se prête pas à une fabrication industrielle d'appareillages personnalisés .
Des approches plus récentes de conception d'un appareillage personnalisé proposent d'élaborer une description de l'appareillage ou de son moule plutôt que de passer par la fabrication d'une maquette. Cette description peut être interprétée par un dispositif informatique pour en faire une représentation graphique et/ou interprétée par un équipement de fabrication en vue de sa réalisation réelle. La description peut comprendre, à titre d'illustration, la décomposition en éléments finis par maillage 3D des surfaces définissant l'appareillage ou son moule . Ces approches récentes de conception peuvent également se fonder sur une description de la morphologie de l'utilisateur. Cette description, similairement à celle de l'appareillage, peut comprendre un maillage 3D des surfaces définissant la morphologie. Alternativement, ou en complément, la description peut comprendre une image volumique (image composée de voxels) issue par exemple d'un dispositif de mesures telles qu'une I.R.M., un scanner à rayon X pour tomographie axiale calculée par ordinateur, ou d'un dispositif de mesure par ultrasons. Alternativement encore la description peut comprendre une pluralité d'images 2D (image composée de pixels) prises sous des angles différents, par exemple en rayons X, permettant de recomposer la morphologie d'utilisateurs. Une telle solution de Conception et de Fabrication
Assistée par Ordinateur (CFAO) est par exemple connue du logiciel RODIN4D™, développée et distribuée par la société RODIN. Ainsi, selon une méthode connue de conception d'un appareillage personnalisé, on élabore une description de l'appareillage personnalisé en combinant une première partie extraite de la description de la morphologie de l'utilisateur et une seconde partie correspondant à une description figée de l'appareillage. La première partie correspond à la surface de l'appareillage qui est en contact avec une zone du corps de l'utilisateur, et on définit sa forme en se conformant à la morphologie de l'utilisateur en cette zone. La seconde partie correspond à une portion de l'appareillage qui n'est pas en contact avec l'utilisateur, par exemple les surfaces extérieures de l'appareillage, et qui donc ne doit pas nécessairement être personnalisée. La combinaison de ces deux parties, extraites chacune d'une source différente, n'est pas aisée. En particulier, ces deux parties ne se raccordent généralement pas parfaitement, ce qui nécessite une édition manuelle de la description de l'appareillage à l'aide d'un outil informatique dédié. Cette édition qui vise à rendre l'objet fabricable et gomme ses imperfections est manuelle, ce qui rend cette méthode de conception imparfaite, car complexe et souvent coûteuse.
OBJET DE L' INVENTION
La présente invention vise à pallier tout ou partie des inconvénients précités. Elle vise notamment à fournir une méthode de conception et/ou de fabrication d'un appareillage personnalisé qui limite, voire qui élimine, le besoin d'éditer manuellement la description de 1 ' appareillage .
BREVE DESCRIPTION DE L' INVENTION
En vue de la réalisation de l'un au moins de ces buts, l'objet de l'invention propose, selon un premier aspect, un procédé de conception d'un appareillage personnalisé dont la forme est adaptée à la morphologie d'un utilisateur déterminé, ou d'un moule d'un tel appareillage. Le procédé de conception comprend les étapes suivantes :
- obtenir une description d'un appareillage générique, ou du moule d'un tel appareillage, l'appareillage générique étant adapté à une morphologie générique ; obtenir une description de la morphologie générique et la description de la morphologie de l'utilisateur déterminé ;
traiter les descriptions de la morphologie générique et de la morphologie de l'utilisateur déterminé pour identifier une transformation géométrique mettant en correspondance la morphologie générique et la morphologie de l'utilisateur déterminé ; appliquer la transformation géométrique à la description de l'appareillage générique, ou à la description du moule d'un tel appareillage, pour définir la description de l'appareillage personnalisé ou de son moule.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable :
- le procédé comporte une étape préalable de mesures pour établir la description de la morphologie de l'utilisateur déterminé.
- les descriptions comprennent au moins une description à l'aide d'un langage de description 3D d'objets, d'un maillage 3D, d'une image volumique, ou d'une pluralité d'images 2D.
- la description de l'appareillage générique ou de son moule est associée à une information locale de rigidité pour moduler localement l'application de la transformation géométrique lors de l'étape d'application.
Selon un autre aspect, l'objet de l'invention propose un programme d'ordinateur comprenant des instructions adaptées à la mise en œuvre de chacune des étapes du procédé de conception, lorsque le programme est exécuté sur un ordinateur.
Selon encore un autre aspect, l'objet de l'invention propose un procédé de fabrication d'un appareillage personnalisé comprenant : - la fourniture d'une description de l'appareillage personnalisé ou de son moule obtenue par la méthode de conception proposée ;
- la réalisation de l'appareillage personnalisé.
La réalisation de l'appareillage personnalisé peut être obtenue par fabrication additive ou par usinage.
Le procédé peut comprendre la fabrication du moule à partir de la description du moule de l'appareillage personnalisé, par exemple par usinage ou par fabrication additive .
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquelles :
- la figure 1 représente schématiquement les étapes composant une méthode conforme à 1 ' invention ;
- les figures 2a à 2d représentent un exemple d'application de la méthode de la figure 1.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L' INVENTION
Selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de conception d'un appareillage personnalisé, ou d'un moule d'un tel appareillage, c'est-à-dire un appareillage dont la forme est adaptée à la morphologie d'un utilisateur déterminé. On rappelle que cet appareillage peut être une orthèse ou une prothèse dont l'utilisateur déterminé souhaite s'équiper. Dans le cadre de la présente description, le terme « conception » désigne les étapes visant à établir une description d'un objet (appareillage, moule,...), suffisante, selon le besoin, pour en permettre sa représentation par exemple sous une forme graphique à l'aide de moyens de traitement et de visualisation informatique ou pour en permettre sa fabrication. On pourra se référer à l'ouvrage général « Warping & Morphing of Graphical Objects » de J.Gomes, The Morgan Kaufmann Séries in Computer Graphics, Morgan Kaufamn, 1998 ; pour un exposé détaillé des méthodes bien connues de description et de manipulation d'objets.
L'invention n'est pas limitée à une forme particulière de description de l'appareillage, d'un moule de cet appareillage et/ou de la morphologie d'un utilisateur : ces descriptions peuvent être formées à l'aide d'un langage de description d'objets (du type VRML, STL ou STEP) . Elles peuvent être également formées par décomposition en éléments finis (maillage 3D) des surfaces qui les définissent. Elles peuvent être aussi décrites par une image volumique, i.e. composée de points, appelés « voxels », repérés dans un espace à trois dimensions et associées à au moins une valeur numérique qui peut représenter un niveau de gris ou une couleur. Les descriptions d'un appareillage ou d'une morphologie peuvent être également formées par une pluralité d'images 2D (composés de « pixels ») permettant de recomposer l'objet décrit dans son volume. Une description d'un appareillage, d'un moule, ou d'une morphologie peut être hybride, c'est-à-dire combiner différentes formes de description comme celles qui viennent d'être présentées. Ces différentes formes peuvent porter sur des parties identiques ou complémentaires de l'objet décrit. Quel que soit la ou les formes choisie (s) pour décrire un objet, sa description peut être matérialisée par un fichier informatique contenant les éléments de langage et/ou les pixels, voxels, et/ou les points de maillage qui la constituent.
Pour concevoir l'appareillage personnalisé, la présente invention repose sur la disponibilité d'une description d'un appareillage générique ou d'un moule de cet appareillage. L'appareillage générique présente une forme adaptée à une morphologie générique d'un utilisateur. Cette morphologie générique fait elle-même l'objet d'une description, désignée dans la présente demande comme la « description de la morphologie générique ».
Par « morphologie générique », on désigne une morphologie représentative d'une classe d'utilisateurs. Une seule morphologie générique ainsi que sa description peut être disponible, et cette morphologie peut alors constituer une morphologie moyenne et simplifiée d'un corps humain. Alternativement, une pluralité de morphologies génériques (et leurs descriptions) peut être disponible, par exemple une morphologie générique masculine et une morphologie générique féminine. Dans tous les cas, une morphologie générique et sa description forment une version représentative, bien que simplifiée, de la classe d'utilisateurs qu'elle représente. On note qu'il n'est pas nécessaire que la description de la morphologie générique représente un corps humain dans son entier. Il peut s'agir de la partie de ce corps la plus pertinente vis-à-vis de l'appareillage considéré.
À une morphologie générique, et à sa représentation est associé un descriptif d'un appareillage générique, ou un descriptif d'un moule d'un tel appareillage. L'appareillage générique est précisément adapté à la morphologie générique, c'est-à-dire que les surfaces qui sont appelées, par leurs fonctions, à entrer en contact avec l'utilisateur épousent la morphologie générique. Bien évidemment, la morphologie générique et l'appareil générique sont décrits dans un même espace de départ, ce qui permet de les associer l'un à l'autre, de les repérer l'un par rapport à l'autre, et d'assurer qu'ils sont bien adaptés l'un à l'autre.
La morphologie générique étant généralement une représentation simplifiée d'une morphologie réelle, on comprend qu'il est relativement aisé d'établir la description de cet appareillage générique ou de son moule.
Pour concevoir l'appareillage personnalisé, l'invention repose également sur la disponibilité d'une description de la morphologie de l'utilisateur déterminé à qui l'appareillage personnalisé est destiné.
Comme on l'a vu, cette description peut prendre des formes multiples et hybrides, mais avantageusement la description est issue d'un système de mesure du type I.R.M., ou issue d'un scanneur à rayon X pour tomographie axiale calculée par ordinateur, ou encore issue d'un dispositif de mesure par ultrasons. Ces moyens permettent d'établir très directement une image volumique de la morphologie de l'utilisateur. Alternativement, la description peut être issue d'un système de mesure permettant d'établir une pluralité d'images 2D de l'utilisateur. Il peut s'agit d'un dispositif à base de rayons X. Dans une autre alternative encore, la description peut être issue d'un système de mesure de la surface de la peau. Il peut s'agir d'une caméra de profondeur ou d'un balayage laser.
Il n'est pas nécessaire que la description de la morphologie de l'utilisateur déterminé soit une description complète du corps de cet utilisateur, et seule la partie de son corps la plus pertinente vis-à-vis de l'appareillage à concevoir peut-être suffisant. La figure 1 représente schématiquement les étapes composant une méthode conforme à un premier mode de réalisation de l'invention. La méthode comprend une première succession d'étapes consistant, sans qu'aucun ordre précis ne soit imposé, à obtenir la représentation d'un appareillage générique dont la forme est adaptée à une morphologie générique ; à obtenir une description de cette morphologie générique, et à obtenir la description de la morphologie de l'utilisateur déterminé. Les descriptions de l'appareillage générique et de la morphologie générique peuvent être issues d'une, et choisies dans, une bibliothèque préalablement constituée. Dans le cas où l'on ne dispose pas d'une description de la morphologie de l'utilisateur déterminé, cette succession d'étapes peut comprendre ou être précédée d'une étape visant à établir cette représentation. Il peut s'agir par exemple, mais non exclusivement, d'une des techniques de mesure qui ont été présentées précédemment.
Dans une étape suivante, le procédé conforme à l'invention comprend une étape de traitement de la description de la morphologie générique et de la description de la morphologie de l'utilisateur déterminé. Ce traitement vise à identifier la transformation géométrique de l'espace mettant en correspondance la morphologie générique, définie et décrite dans un espace de départ et la morphologie de l'utilisateur déterminé, définie et décrite dans un espace d'arrivée.
Ces traitements sont bien connus de la personne du métier, comme en témoigne l'ouvrage de J. Gomes cité précédemment. On pourra également se référer aux articles de revue de Audette, M. A., Ferrie, F. P., & Peters, T. M. (2000) « An algorithmic overview of surface registration techniques for médical imaging », Médical image analysis, 4(3), 201-217 ou de Van Kaick, 0., Zhang, H., Hamarneh, G., & Cohen-Or, D. (2011, September) « A survey on shape correspondence » In Computer Graphics Forum (Vol. 30, No. 6, pp. 1681-1707), Blackwell Publishing Ltd pour avoir un panorama détaillé des algorithmes et des techniques existantes qui peuvent s'appliquer.
D'une manière très générale, ce traitement revient à déterminer la transformation de l'espace qui met au mieux en correspondance des éléments définissant une première description d'un objet dans une première disposition aux éléments définissant une seconde description de cet objet dans une seconde disposition. Ce traitement se pose généralement comme un problème d'optimisation dont la résolution met en œuvre des techniques connues de minimisation d'une fonction, par exemple dérivée d'une méthode de gradient. La présente invention met à profit les algorithmes connus de mise en correspondance de description d'objet pour identifier la transformation géométrique mettant en correspondance la morphologie générique et la morphologie de l'utilisateur déterminé.
Cette transformation géométrique peut être indifféremment celle appliquée à la représentation de la morphologie générique pour obtenir la morphologie de l'utilisateur déterminé. Inversement, il peut s'agir de celle appliquée à la description de la morphologie de l'utilisateur déterminé pour obtenir une morphologie correspondant au mieux à celle de la morphologie générique. Dans ce dernier cas on prend grand soin d'inverser la transformation géométrique avant de l'appliquer conformément à l'étape suivante du procédé de conception dont la description suit.
La transformation géométrique peut être déterminée sous la forme d'une combinaison de translation, rotation, homothétie, etc. ...
Plus généralement, la transformation géométrique peut prendre la forme d'un champ de déformation associant par exemple chaque point de l'espace de départ à un point de l'espace d'arrivée ; ou associant un déplacement à appliquer selon les directions X, Y et Z à chaque point de l'espace de départ pour déterminer le point de l'espace d' arrivée .
Dans une étape suivante du procédé selon l'invention, on applique la transformation géométrique identifiée à la description de l'appareillage générique pour établir la description de l'appareillage personnalisé.
En appliquant la même transformation à la description de l'appareillage générique que celles mettant en correspondance la morphologie générique et la morphologie d'un utilisateur déterminé, on s'assure de l'adaptation de l'appareillage personnalisé à la morphologie de l'utilisateur déterminé. Comme sa transformation s'applique à l'espace contenant l'appareillage dans son ensemble (par exemple par application du champ de déformation identifié, comme cela a été précisé antérieurement), il n'est pas nécessaire de combiner plusieurs parties entre elles pour former la description de l'appareillage personnalisé. On limite ainsi, voire on élimine, le besoin d'éditer manuellement la description de l'appareillage personnalisé.
Dans un mode particulier de mise en œuvre de l'invention, l'étape d'application de la transformation géométrique est mise en œuvre concurremment à l'étape conduisant à déterminer la transformation géométrique.
Selon un mode de mise en œuvre particulièrement avantageux, la description de l'appareillage générique est associée à une information locale de rigidité. Cette information vient préciser quelles zones de l'appareillage générique peuvent être transformées ou déformées librement, celles qui doivent être non transformées ou déformées, ou celles qui doivent subir un moindre degré de transformation ou de déformation. On peut de la sorte moduler localement l'application de la transformation géométrique sur l'appareillage générique. Cela peut présenter l'avantage de préserver, dans l'appareillage adapté, des portions qui n'ont pas subi pleinement la transformation géométrique et qui peuvent donc préserver, au moins en partie, leur géométrie originelle. Il peut s'agir de portions fonctionnelles de l'appareillage, par exemple une articulation, qu'une transformation mal contrôlée pourrait rendre inopérante. À l'issue de la mise en œuvre du procédé de conception qui vient d'être présentée, on dispose donc d'une description de l'appareillage adapté. Cette description, notamment lorsqu'elle prend la forme d'un fichier informatique, peut être utilisée en tant que telle par des dispositifs de traitement et/ou de visualisation, par exemple pour constituer des objets intégrés dans une séquence animée.
Les figures 2a à 2d représentent un exemple d'application d'une méthode conforme à l'invention à la conception d'une orthèse de jambe.
La figure 2a représente, dans un espace de départ matérialisé par la grille 1, une morphologie générique 2 d'un membre d'un utilisateur et l' orthèse générique 3 associé à ce membre. On a représenté également une partie fonctionnelle 3a de l' orthèse, « rigide », qui ne doit pas subir de transformation. La représentation de la morphologie et de l' orthèse a été obtenue à partir de leurs descriptions respectives, qui définissent ces objets en 3 dimensions. Cette description définit également le degré de rigidité de la partie fonctionnelle 3a, comme cela a été exposé antérieurement. On aurait pu choisir de représenter l' orthèse et la morphologie sous un autre angle de vue, ou de les représenter séparément l'un de l'autre. Les descriptions à la base de ces deux représentations peuvent avoir été conçues spécifiquement ou extraites d'une bibliothèque préexistante. La figure 2b représente, sous le même angle de vue que celui utilisé sur la figure 2a, une morphologie 4 d'un membre d'un utilisateur déterminé, par exemple obtenu par une technique de scan 3D. Similairement aux commentaires s' appliquant à la figure 2a, la représentation de la morphologie de l'utilisateur déterminé a été obtenue à partir de sa description, qui définit cet objet en 3 dimensions .
La figure 2c représente la transformation géométrique appliquée à la morphologie générique 2 pour la mettre en correspondance avec la morphologie 4 de l'utilisateur déterminé. Cette transformation est notamment matérialisée par la déformation de la grille l', définissant le champ de déformation s' appliquant à l'espace de départ pour assurer cette correspondance. On observe que la morphologie 2' représentée sur cette figure est bien identique à celle représentée sur la figure 2b, de l'utilisateur déterminé 4. On a également représenté sur cette figure 2c, l'orthèse générique 3 à laquelle on a appliqué le même champ de transformation que celui appliqué à la morphologie générique, pour former l'orthèse générique transformée 3'. Cette orthèse transformée 3' définit l'orthèse adaptée à l'utilisateur particulier, qui est représentée sur la figure 2d.
Selon un second mode de mise en œuvre de l'invention, la méthode de conception vise à établir un moule de l'appareillage personnalisé plutôt que l'appareillage lui-même.
La mise en œuvre de la méthode de conception du moule est entièrement similaire à celle décrite en relation avec le premier mode de réalisation. Par souci de concision, cette description n'est pas donc pas reprise, mais s'applique entièrement.
Dans le cas de ce deuxième mode de mise en œuvre, le procédé comprend une étape consistant à obtenir la description du moule permettant la réalisation de l'appareillage générique.
Puis, la transformation géométrique de l'espace qui met en correspondance la morphologie générique à la morphologie de l'utilisateur déterminé est appliquée au moule de l'appareillage générique de manière à obtenir la description du moule de l'appareillage personnalisé. Ce moule, une fois fabriqué, permet de réaliser par exemple par thermoformage, l'appareillage personnalisé.
Le procédé de conception selon l'invention a pour vocation d'être mis en œuvre par un ordinateur, par l'intermédiaire d'un programme d'ordinateur constitué d' instructions adaptées pour mettre en œuvre au moins chacune des étapes de ce procédé. Selon un autre aspect de l'invention, la description de l'appareillage personnalisé est utilisée pour réaliser l'appareillage personnalisé en tant que tel ou son moule, afin qu'il puisse équiper l'utilisateur déterminé. L'invention concerne donc, selon cet autre aspect, une méthode de fabrication d'un appareillage personnalisé ou de son moule. Elle concerne également l'appareillage personnalisé obtenu par ce procédé.
Avantageusement, l'appareillage personnalisé ou son moule est réalisé par fabrication additive, particulièrement bien adapté à la fabrication d'un objet en exemplaire unique, comme c'est bien le cas pour un appareillage personnalisé à son utilisateur. Il peut également s'agir d'une fabrication par usinage.

Claims

REVENDICATIONS
Procédé de conception d'un appareillage personnalisé dont la forme est adaptée à la morphologie d'un utilisateur déterminé, ou d'un moule d'un tel appareillage, le procédé comprenant les étapes suivantes :
obtenir une description d'un appareillage générique, ou du moule d'un tel appareillage, l'appareillage générique étant adapté à une morphologie générique ; obtenir une description de la morphologie générique et la description de la morphologie de l'utilisateur déterminé ;
traiter les descriptions de la morphologie générique et de la morphologie de l'utilisateur déterminé pour identifier une transformation géométrique mettant en correspondance la morphologie générique et la morphologie de l'utilisateur déterminé ;
appliquer la transformation géométrique à la description de l'appareillage générique, ou à la description du moule d'un tel appareillage, pour définir la description de l'appareillage personnalisé ou de son moule.
Procédé de conception selon la revendication précédente comprenant une étape préalable de mesures pour établir la description de la morphologie de l'utilisateur déterminé.
Procédé de conception selon l'une de revendications précédentes dans lequel les descriptions comprennent au moins une description à l'aide d'un langage de description 3D d'objets, d'un maillage 3D, d'une image volumique, ou d'une pluralité d'images 2D.
4. Procédé de conception selon l'une des revendications précédentes dans lequel la description de l'appareillage générique ou de son moule est associée à une information locale de rigidité pour moduler localement l'application de la transformation géométrique lors de l'étape d'application.
5. Procédé de fabrication d'un appareillage personnalisé comprenant :
- la fourniture d'une description de l'appareillage personnalisé ou de son moule obtenue par le procédé de conception selon l'une des revendications précédentes
- la réalisation de l'appareillage personnalisé.
6. Procédé de fabrication selon la revendication précédente dans lequel l'appareillage personnalisé est réalisé par fabrication additive ou par usinage à partir de la description de l'appareillage personnalisé .
7. Procédé de fabrication selon la revendication 5 comprenant la fabrication du moule à partir de la description du moule de l'appareillage personnalisé.
8. Procédé de fabrication selon la revendication précédente dans lequel le moule est fabriqué par usinage ou par fabrication additive. 9. Programme d'ordinateur comprenant des instructions adaptées à la mise en œuvre de chacune des étapes du procédé de conception selon l'une des revendications 1 à 4, lorsque le programme est exécuté sur un ordinateur .
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