小腿假肢接受腔的设计及算法研究
发布时间：2021-06-06 19:04
假肢是肢体残疾患者可以正常活动的重要工具,然而使用假肢的患者却寥寥无几,主要原因是假肢以人工制造为主,存在费用高,制作周期长,且舒适性难以保证的问题。针对这些问题,本文以患者小腿残肢为研究对象,提出了小腿假肢接受腔的设计方案,采用激光扫描、三维曲面重建、有限元分析以及3D打印技术进行假肢接受腔的设计与实现。本文的主要工作如下:（1）通过对残肢结构的研究以及残肢承压区域的划分,明确了假肢接受腔设计的要求,提出了假肢接受腔的设计方案。（2）采用激光扫描方式获取残肢数据,并进行去噪和精简的预处理。去噪过程先采用统计滤波去除大尺度噪声,再采用双边滤波去除小尺度噪声。精简过程提出了改进的精简算法,将点云数据根据曲率分成平坦区域和突变区域,对平坦区域使用包围盒精简法精简,对突变区域使用曲率精简法精简,其结果既保留了点云数据的特征点,又不会造成局部空洞。（3）研究了Delaunay三维曲面重建算法和泊松曲面重建算法,并提出了改进的Delaunay三维曲面重建算法对残肢进行曲面重建,采用包围盒法对点云数据进行分割,再对每个包围盒进行局部Delaunay三维曲面重建以及曲面拼接,最后进行孔洞填充。此算法...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
假肢结构图
青岛科技大学研究生学位论文31.2.2全接触承重接受腔全接触承重假肢接受腔（TSB型）为新型的现代假肢接受腔，适用于各种小腿残疾患者。此接受腔分为内外两层，内衬套以硅胶材料为主，与外壳贴合。外壳以聚乳酸为主，其前壁向上到髌骨下缘，两侧向上延伸到股骨内外髁上缘，如图1-2所示。此接受腔的优点在于强调全面接触，承压合理，有利于残肢的血液循环。图1-2全接触式假肢Figure1-2Fullcontactprosthesis1.3传统假肢接受腔制作方法分析传统假肢接受腔制作方法是在人工对残肢进行测量的基础上，经过反复的穿戴、测试和修改得到假肢接受腔。其工艺流程如图1-3所示。（1）测量尺寸。假肢制作人员先对患者残肢进行初步诊断，评估患者的身体和精神状况，再对残肢患者残肢的形状、长度等数据进行测量并记录。（2）残肢取型。对残肢进行标记，再通过石膏缠绕残端的方式并施加一定的压力到标记处，从而获得阴模。（3）阳模修型。将石膏浆灌入阴模，对其冷却凝固就可以得到阳模，假肢制作人员再根据经验使用砂纸、石膏调刀等工具对阳模进行修改。（4）调试。根据修型后的阳模可以制作出临时的接受腔，将此接受腔交给残疾患者试戴，并根据患者反馈进行调试。（5）制作。调试完成后，使用树脂材料通过真空冷却定型将接受腔制作出来，再对其进行光滑处理，最后让患者试戴，若患者感觉不适则需要继续对其进行修型，直至患者满意为止。
小腿假肢接受腔的设计及算法研究4图1-3传统假肢制作流程图Figure1-3Flowchartoftraditionalprosthesis传统假肢接受腔制作方法使用较为广泛，但是仍然存在一些问题。在测量尺寸阶段，残肢信息精度不高，且残肢形状数据不容易保存；在修型过程中，会生产多个不满足条件的接受腔模型，增加了制造成本和制造周期；制作完全手工，难以配置出完全符合要求的接受腔，且接受腔只能根据制作人员的经验来进行修型，不能保证其舒适度。1.4国内外发展现状1.4.1假肢制造发展现状随着医学研究的进步，假肢制造技术成为一门现代医学与机械、自动化等科学相结合的跨领域学科，并得到了较好的发展。假肢接受腔作为假肢的重要组成部件，接受腔的质量直接影响假肢使用的效果，故假肢接受腔的设计和制造是假肢制造技术的研究重点。加拿大的吉米福特提出了通过扫描技术得到残肢数据，再利用数控车床制造假肢接受腔的方法，此方法省去了阴模制造的过程，加快了假肢制作的速度。R.Torres-Moreno[1]等人提出了根据残肢长度、骨骼结构和组织肿块建立假肢接受
【参考文献】：
期刊论文
[1]全接触小腿假肢接受腔的智能制造方案研究[J]. 冯晓华,吴晓,杨海艳. 机械设计. 2019(04)
[2]三维激光点云数据精简算法[J]. 黄晓铭,杨剑,陈辉. 吉首大学学报(自然科学版). 2018(05)
[3]基于点云数据的逆向工程技术研究综述[J]. 王鑫龙,孙文磊,张建杰,黄勇,黄海博. 制造技术与机床. 2018(02)
[4]一种散乱点云的均匀精简算法[J]. 李仁忠,杨曼,刘阳阳,张缓缓. 光学学报. 2017(07)
[5]点云模型的噪声分类去噪算法[J]. 李鹏飞,吴海娥,景军锋,李仁忠. 计算机工程与应用. 2016(20)
[6]基于NURBS曲面插值的船体曲面重构[J]. 钱宏,刘敏,贺庆,刘朕明,荣焕宗. 中国造船. 2016(01)
[7]3D打印技术过程控制问题研究进展[J]. 李轩,莫红,李双双,王飞跃. 自动化学报. 2016(07)
[8]基于噪声分类的双边滤波点云去噪算法[J]. 袁华,庞建铿,莫建文. 计算机应用. 2015(08)
[9]一种基于映射法的散乱点云Delaunay三角剖分算法[J]. 李凤霞,刘咏梅,王晓哲,饶永辉. 计算机应用研究. 2015(03)
[10]基于逐点插入法的Delaunay三角网快速生成算法[J]. 王龙浩,王解先. 工程勘察. 2013(10)
博士论文
[1]下肢假肢接受腔生物力学评价及CAE技术研究[D]. 蒲放.四川大学 2002
硕士论文
[1]基于泊松分布K-means聚类的点云精简算法[D]. 唐泽宇.太原理工大学 2019
[2]基于三维重建技术的个性化假肢接受腔设计及研究[D]. 王晓辉.内蒙古工业大学 2019
[3]三维点云重建中的去噪算法研究[D]. 刘静静.北京交通大学 2019
[4]三维激光扫描数据精简、表面重构方法及应用研究[D]. 段志鑫.中国矿业大学 2019
[5]基于点云数据的大型复杂曲面重建方法研究[D]. 宋瑞.电子科技大学 2019
[6]基于点云数据的预处理算法研究[D]. 俞浩.合肥工业大学 2019
[7]基于Catmull-Clark细分的曲面造型与等距技术研究[D]. 王启宇.南昌大学 2019
[8]基于散乱点云数据的表面重建关键技术研究[D]. 陈思环.中国科学院大学(中国科学院沈阳计算技术研究所) 2018
[9]散乱点云数据的三维重建方法研究[D]. 殷志峰.太原理工大学 2018
[10]泊松隐式曲面重建算法及其并行化研究[D]. 刘涛.中北大学 2018
本文编号：3214966
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
假肢结构图
青岛科技大学研究生学位论文31.2.2全接触承重接受腔全接触承重假肢接受腔（TSB型）为新型的现代假肢接受腔，适用于各种小腿残疾患者。此接受腔分为内外两层，内衬套以硅胶材料为主，与外壳贴合。外壳以聚乳酸为主，其前壁向上到髌骨下缘，两侧向上延伸到股骨内外髁上缘，如图1-2所示。此接受腔的优点在于强调全面接触，承压合理，有利于残肢的血液循环。图1-2全接触式假肢Figure1-2Fullcontactprosthesis1.3传统假肢接受腔制作方法分析传统假肢接受腔制作方法是在人工对残肢进行测量的基础上，经过反复的穿戴、测试和修改得到假肢接受腔。其工艺流程如图1-3所示。（1）测量尺寸。假肢制作人员先对患者残肢进行初步诊断，评估患者的身体和精神状况，再对残肢患者残肢的形状、长度等数据进行测量并记录。（2）残肢取型。对残肢进行标记，再通过石膏缠绕残端的方式并施加一定的压力到标记处，从而获得阴模。（3）阳模修型。将石膏浆灌入阴模，对其冷却凝固就可以得到阳模，假肢制作人员再根据经验使用砂纸、石膏调刀等工具对阳模进行修改。（4）调试。根据修型后的阳模可以制作出临时的接受腔，将此接受腔交给残疾患者试戴，并根据患者反馈进行调试。（5）制作。调试完成后，使用树脂材料通过真空冷却定型将接受腔制作出来，再对其进行光滑处理，最后让患者试戴，若患者感觉不适则需要继续对其进行修型，直至患者满意为止。
小腿假肢接受腔的设计及算法研究4图1-3传统假肢制作流程图Figure1-3Flowchartoftraditionalprosthesis传统假肢接受腔制作方法使用较为广泛，但是仍然存在一些问题。在测量尺寸阶段，残肢信息精度不高，且残肢形状数据不容易保存；在修型过程中，会生产多个不满足条件的接受腔模型，增加了制造成本和制造周期；制作完全手工，难以配置出完全符合要求的接受腔，且接受腔只能根据制作人员的经验来进行修型，不能保证其舒适度。1.4国内外发展现状1.4.1假肢制造发展现状随着医学研究的进步，假肢制造技术成为一门现代医学与机械、自动化等科学相结合的跨领域学科，并得到了较好的发展。假肢接受腔作为假肢的重要组成部件，接受腔的质量直接影响假肢使用的效果，故假肢接受腔的设计和制造是假肢制造技术的研究重点。加拿大的吉米福特提出了通过扫描技术得到残肢数据，再利用数控车床制造假肢接受腔的方法，此方法省去了阴模制造的过程，加快了假肢制作的速度。R.Torres-Moreno[1]等人提出了根据残肢长度、骨骼结构和组织肿块建立假肢接受
【参考文献】：
期刊论文
[1]全接触小腿假肢接受腔的智能制造方案研究[J]. 冯晓华,吴晓,杨海艳. 机械设计. 2019(04)
[2]三维激光点云数据精简算法[J]. 黄晓铭,杨剑,陈辉. 吉首大学学报(自然科学版). 2018(05)
[3]基于点云数据的逆向工程技术研究综述[J]. 王鑫龙,孙文磊,张建杰,黄勇,黄海博. 制造技术与机床. 2018(02)
[4]一种散乱点云的均匀精简算法[J]. 李仁忠,杨曼,刘阳阳,张缓缓. 光学学报. 2017(07)
[5]点云模型的噪声分类去噪算法[J]. 李鹏飞,吴海娥,景军锋,李仁忠. 计算机工程与应用. 2016(20)
[6]基于NURBS曲面插值的船体曲面重构[J]. 钱宏,刘敏,贺庆,刘朕明,荣焕宗. 中国造船. 2016(01)
[7]3D打印技术过程控制问题研究进展[J]. 李轩,莫红,李双双,王飞跃. 自动化学报. 2016(07)
[8]基于噪声分类的双边滤波点云去噪算法[J]. 袁华,庞建铿,莫建文. 计算机应用. 2015(08)
[9]一种基于映射法的散乱点云Delaunay三角剖分算法[J]. 李凤霞,刘咏梅,王晓哲,饶永辉. 计算机应用研究. 2015(03)
[10]基于逐点插入法的Delaunay三角网快速生成算法[J]. 王龙浩,王解先. 工程勘察. 2013(10)
博士论文
[1]下肢假肢接受腔生物力学评价及CAE技术研究[D]. 蒲放.四川大学 2002
硕士论文
[1]基于泊松分布K-means聚类的点云精简算法[D]. 唐泽宇.太原理工大学 2019
[2]基于三维重建技术的个性化假肢接受腔设计及研究[D]. 王晓辉.内蒙古工业大学 2019
[3]三维点云重建中的去噪算法研究[D]. 刘静静.北京交通大学 2019
[4]三维激光扫描数据精简、表面重构方法及应用研究[D]. 段志鑫.中国矿业大学 2019
[5]基于点云数据的大型复杂曲面重建方法研究[D]. 宋瑞.电子科技大学 2019
[6]基于点云数据的预处理算法研究[D]. 俞浩.合肥工业大学 2019
[7]基于Catmull-Clark细分的曲面造型与等距技术研究[D]. 王启宇.南昌大学 2019
[8]基于散乱点云数据的表面重建关键技术研究[D]. 陈思环.中国科学院大学(中国科学院沈阳计算技术研究所) 2018
[9]散乱点云数据的三维重建方法研究[D]. 殷志峰.太原理工大学 2018
[10]泊松隐式曲面重建算法及其并行化研究[D]. 刘涛.中北大学 2018
本文编号：3214966
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