基于三維掃描技術的假肢接受腔三維模型制作方法及系統與流程

本發明涉及醫療器械技術領域，具體涉及一種基于三維掃描技術的假肢接受腔三維模型制作方法及系統。

背景技術：

目前的假肢制作方法主要為手工制作，制作過程主要有手工測量關鍵數據(長度、周長等)，然后制作模具，根據模具制作義肢，安裝測試后后二次調整。其主要缺點有周期長、數據不精確、依靠制作者經驗、成本高、無法重復制作等。而借助3d打印及三維掃描技術可以解決絕大部分問題，其主要流程是通過三維掃描獲取患者三維數據，然后用3d打印機技術快速生成義肢，目前三維掃描數據精度可以做到0.1mm以下，打印精度也可以做到0.1mm左右，這樣就能保證義肢的適配性從而解決目前假肢制作的絕大部分問題。

但是以3d打印及三維掃描技術實現假肢制作其中有一個重要環節目前還沒有高效的解決方案，就是三維掃描的數據處理成義肢所需的數據，因為三維掃描的數據是如實的反應患者的實際情況，但假肢的制作過程中需要根據患者的受損位置、受力情況、松緊程度等做必要的調整才能完成接下來的義肢制作。而其中的三維數字模型處理工作以目前的技術手段需要操作人員較高的三維數字建模技術水平，且比較耗費精力。

技術實現要素：

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的之一在于提供一種基于三維掃描技術的假肢接受腔三維模型制作方法，方法簡單，降低對三維模型數據處理人員的技術要求，降低工作量，簡化工作環節。

第一方面，本發明提供的基于三維掃描技術的假肢接受腔三維模型制作方法，具體包括以下步驟：對患者殘肢的不同部位用不同的顏色標記；根據殘肢情況設定不同顏色對應的偏移數據；采用三維掃描技術對患者殘肢進行掃描，得到帶頂點顏色的三維數據；根據設定的偏移數據對所述三維數據進行偏移處理得到偏移曲面；對所述偏移曲面做安裝前的處理得到假肢接受腔三維模型。

可選地，所述步驟還包括3d打印步驟，所述3d打印步驟在對偏移曲面做安裝前的處理得到假肢接受腔三維模型的步驟之后，所述3d打印步驟根據假肢接受腔三維模型打印出假肢接受腔。

可選地，所述安裝前的處理包括對偏移曲面確定傾斜角度及水平面、重心、定位孔和安裝孔的位置。

可選地，所述三維數據包括點的三維坐標、點的法向量和點的顏色。

可選地，所述殘肢情況包括但不限于患者的體型、受損部位、受力情況和受損部位的松緊程度。

第二方面，本發明提供的基于三維掃描技術的假肢接受腔三維模型制作系統，包括三維掃描儀、數據庫、數據處理模塊和顯示模塊，所述三維掃描儀對采用不同顏色標記不同部位的患者殘肢進行掃描，獲取患者殘肢帶頂點顏色的三維數據并將三維數據發送到數據處理模塊；所述數據庫中存儲有不同體型、受損部位、受力情況、受損部位松緊程度及不同顏色對應的偏移數據，所述數據處理模塊接收三維數據，根據患者的體型、受損部位、受力情況、受損部位的松緊程度對三維數據進行偏移處理，得到偏移曲面，對偏移曲面做安裝前的處理得到假肢接受腔三維模型數據，將假肢接受腔三維模型數據發送到顯示模塊，顯示模塊接收假肢接受腔三維模型數據并顯示出假肢接受腔的三維模型。

可選地，還包括3d打印機，所述數據處理模塊將假肢接受腔三維數據模型數據發送給3d打印機，3d打印機接收假肢接受腔三維模型數據并打印出假肢接受腔的三維模型。

可選地，所述三維數據包括點的三維坐標、點的法向量和點的顏色。

可選地，所述安裝前的處理包括對偏移曲面確定傾斜角度及水平面、重心、定位孔和安裝孔的位置。

本發明的有益效果：

本發明的一種基于三維掃描技術的假肢接受腔三維模型制作方法，根據殘肢的情況設定不同顏色對應的偏移數據，根據設定的偏移數據對掃描后得到的三維數據作偏移處理實現三維數據定向定量的選擇性變形。三維數據處理方法簡單，無需操作人員較高的三維數字建模技術水平，省時，并且制作出來的三維模型是根據患者的患者的體型、受損部位、受力情況和受損部位的松緊程度等方面做了適應性調整，制作出來的假肢接受腔三維模型，無需反復試制修改。

本發明的一種基于三維掃描技術的假肢接受腔三維模型制作系統，通過預先在患者殘肢上標記顏色，用不同顏色代表不同的部位，便于根據不同顏色做不同的偏移處理，實現根據設定的偏移數據對三維數據作偏移處理實現三維數據定向定量的選擇性變形。系統中的數據處理模塊根據患者的體型、受損部位、受力情況和受損部位的松緊程度等方面做了適應性調整，得到的假肢接受腔三維模型數據更適合患者，無需反復試制修改。采用該系統，操作人員無需具有較高的三維數字建模技術水平，操作簡單，節省時間。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。在所有附圖中，類似的元件或部分一般由類似的附圖標記標識。附圖中，各元件或部分并不一定按照實際的比例繪制。

圖1示出了本發明第一實施例提供的一種基于三維掃描技術的假肢接受腔三維模型制作方法的流程圖；

圖2示出了本發明的第一實施例中用三維掃描儀掃描標示后的小腿得到的三維模型；

圖3示出了對圖2進行偏移后得到的三維曲面模型；

圖4示出了圖3進行安裝前處理得到的小腿假肢接受腔三維模型；

圖5示出了本發明第三實施例所提供的一種基于三維掃描技術的假肢接受腔三維模型制作系統的結構框圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明技術方案的實施例進行詳細的描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，因此只是作為示例，而不能以此來限制本發明的保護范圍。

需要注意的是，除非另有說明，本申請使用的技術術語或者科學術語應當為本發明所屬領域技術人員所理解的通常意義。

圖1示出了本發明第一實施例所提供的一種基于三維掃描技術的假肢接受腔三維模型制作方法的流程圖，具體包括以下步驟：s1.對患者殘肢的不同部位用不同的顏色標記；s2.根據殘肢情況設定不同顏色對應的偏移數據；s3.采用三維掃描技術對患者殘肢進行掃描，得到帶頂點顏色的三維數據；s4.根據設定的偏移數據對所述三維數據進行偏移處理得到偏移曲面；s5.對所述偏移曲面做安裝前的處理得到假肢接受腔三維模型。殘肢情況包括但不限于患者的體型、受損部位、受力情況和受損部位的松緊程度。安裝前的處理包括在偏移曲面上設置定位孔和安裝孔，定位孔和安裝孔的位置和形狀根據實際需求設置。

先對患者殘肢的部位用不同的顏色標記，做顏色標記有利于在三維掃描后對不同顏色標記的部位進行不同的偏移處理，根據殘肢的情況設定不同顏色對應的偏移數據，預先根據殘肢的不同情況設有不同顏色對應的偏移數據，根據設定的偏移數據對三維數據作偏移處理實現三維數據定向定量的選擇性變形。三維數據處理方法簡單，無需操作人員較高的三維數字建模技術水平，省時，并且制作出來的三維模型是根據患者的患者的體型、受損部位、受力情況和受損部位的松緊程度等方面做了適應性調整，制作出來的假肢接受腔三維模型，無需反復試制修改。

基于三維掃描技術的假肢接受腔三維模型制作方法的步驟還包括3d打印步驟，所述3d打印步驟在對偏移曲面做安裝前的處理得到假肢接受腔三維模型的步驟之后，3d打印步驟根據假肢接受腔三維模型打印出假肢接受腔。在假肢接受腔三維模型通過3d打印機打印出來，與現有技術中依靠技師的經驗和手法進行的手工制作，簡化了制備步驟，縮短了定制時間，且降低了成本。假肢接受腔打印材料采用abs塑料、pc塑料、pa尼龍或pla塑料等。

通過三維掃描技術掃描后得到的三維數據包括點的三維坐標、點的法向量和點的顏色，通過點的顏色區分判斷是人體的什么部位，根據點的法向量定義偏移的方向，根據預先設定的不同顏色對應的偏移數據，偏移分為向內偏移和向外偏移，完成在點的三維坐標上完成偏移，實現對三維數字模型的定向定量的選擇性變形，實現根據患者的患者的體型、受損部位、受力情況和受損部位的松緊程度等方面做適應性調整。

應用場景，根據上述方法為某失去小腿的患者制作小腿假肢接受腔，患者體型偏瘦，患者的小腿只有一小段。給患者的殘肢穿上白色襪子，髕骨是大腿和小腿分界的部位，在白色襪子上用黑色筆或顏料沿髕骨畫出大腿和小腿的分界限，在腓骨小頭、腓骨末端、脛骨嵴、脛骨粗隆、脛骨末端處用紅色標記，脛骨前肌用藍色標記，用三維掃描儀對患者殘肢掃描，得到三維模型，如圖2所示，從三維模型中得到三維數據。三維數據格式如下：

ply

formatascii1.0

commentmeshmixergenerated

elementvertex187191

propertyfloatx

propertyfloaty

propertyfloatz

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propertyfloatny

propertyfloatnz

propertyucharred

propertyuchargreen

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propertyucharalpha

elementface374498

propertylistucharintvertex_indices

end_header

-0.1702930.0405109-0.115827-0.683879-0.080814-0.725106255255255255

0.1966120.114174-0.1306740.746381-0.125652-0.653549255255255255

0.19171-0.0470229-0.1052610.74635-0.12572-0.653572255255255255

0.159968-0.0252528-0.1457060.74645-0.125737-0.653455255255255255

0.193370.101667-0.1319710.746326-0.125794-0.653585255255255255

0.174280.0511445-0.1440560.746463-0.12574-0.653439255255255255

上述三維數據中，-0.170293、0.0405109、-0.115827分別為點坐標x、y和z的值，-0.683879、-0.080814、-0.725106分別為點的法向量nx、ny和nz的值，255.255.255分別代表點在rgb色系中的顏色，可以在三維軟件中定義rgb三個顏色數據的范圍，實現顏色的區分，如在rgb色系中，255.255.255代表白色，0.0.0代表黑色，255.0.0代表紅色。通過x、y、z的值確定偏移的起點，通過nx、ny、nz確定偏移的方向，通過定義好的rgb顏色對應的值來確定偏移的距離。

設定紅色表示向外填補，藍色表示向內削減，在三維數據的基礎上找到代表腓骨小頭、腓骨末端、脛骨嵴、脛骨粗隆的顏色的點在法向量上分別增加3mm，對代表脛骨末端顏色的點的法向量增加4mm，對代表脛骨前肌顏色的點的法向量減少4mm，如圖3所示，得到新的偏移后的曲面模型，再對偏移后的曲面進行安裝前的處理，包括確定傾斜角度及水平面、重心、定位孔和安裝孔的位置，如圖4所示，得到小腿假肢接受腔三維模型。

如圖5所示提供了本發明的另一實施例，一種基于三維掃描技術的假肢接受腔三維模型制作系統，包括三維掃描儀1、數據庫2、數據處理模塊3和顯示模塊4，所述三維掃描儀1對采用不同顏色標記不同部位的患者殘肢進行掃描，獲取患者殘肢帶頂點顏色的三維數據并將三維數據發送到數據處理模塊；所述數據庫2中存儲有不同體型、受損部位、受力情況、受損部位松緊程度及不同顏色對應的偏移數據，所述數據處理模塊3接收三維數據，根據患者的體型、受損部位、受力情況、受損部位的松緊程度對三維數據進行偏移處理，得到偏移曲面，對偏移曲面做安裝前的處理得到假肢接受腔三維模型數據，將假肢接受腔三維模型數據發送到顯示模塊，顯示模塊4接收假肢接受腔三維模型數據并顯示出假肢接受腔的三維模型。在三維掃描前，對患者殘肢部位用不同的顏色標記，三維掃描儀對患者殘肢進行掃描，獲取患者殘肢帶定點顏色的三維數據。在數據庫中預先存儲有不同體型、受損部位、受力情況、受損部位松緊程度及不同顏色對應的偏移數據，數據處理模塊對接收的三維數據進行處理，根據患者的體型、受損部位、受力情況、受損部位松緊及不同顏色對應的偏移數據，對三維數據進行偏移調整，得到符合患者殘肢的假肢接受腔的偏移曲面，再對偏移曲面做安裝前需要處理，安裝前的處理包括對偏移曲面確定傾斜角度及水平面、重心、定位孔和安裝孔的位置，得到假肢接受腔三維模型數據，再將三維模型數據發送到顯示模塊顯示出來。在對偏移曲面確定傾斜角度及水平面、重心、定位孔和安裝孔的位置，便于在后期安裝組合方便。通過預先在患者殘肢上標記顏色，用不同顏色代表不同的部位，便于根據不同顏色做不同的偏移處理，實現根據設定的偏移數據對三維數據作偏移處理實現三維數據定向定量的選擇性變形。系統中的數據處理模塊根據患者的體型、受損部位、受力情況和受損部位的松緊程度等方面做了適應性調整，得到的假肢接受腔三維模型數據更適合患者，無需反復試制修改。采用該系統，操作人員無需具有較高的三維數字建模技術水平，操作簡單，節省時間。

系統還包括3d打印機5，所述數據處理模塊3將假肢接受腔三維數據模型數據發送給3d打印機5，3d打印機5接收假肢接受腔三維模型數據并打印出假肢接受腔的三維模型。通過3d打印機打印出假肢接受腔三維模型，與現有技術中依靠技師的經驗和手法進行的手工制作，簡化了制備步驟，縮短了定制時間，且降低了成本。

三維數據包括點的三維坐標、點的法向量和點的顏色。通過點的顏色區分判斷是人體的什么部位，根據點的法向量定義偏移的方向，根據預先設定的不同顏色對應的偏移數據，偏移分為向內偏移和向外偏移，完成在點的三維坐標上完成偏移，實現對三維數字模型的定向定量的選擇性變形，實現根據患者的患者的體型、受損部位、受力情況和受損部位的松緊程度等方面做適應性調整，使制作出是假肢接受腔三維模型更適合患者。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求和說明書的范圍當中。