基于人机工学的呼吸面罩定制设计研究

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定制化设计是根据用户的个性化要求,使产品更符合用户的使用需求,达到客户满意的一种设计方法。随着人们对健康生活的不断追求,睡眠呼吸暂停综合征这一慢性疾病逐渐得到人们的重视,其最重要的治疗手段——睡眠呼吸机也逐渐从医院走入普通家庭,成为患者长期生活中所依赖的重要设备。针对现有的睡眠呼吸机的呼吸面罩与用户的需求不匹配的现状,依据用户个性特征进行睡眠呼吸机的呼吸面罩的设计。本文在进行人机工学分析、专家访谈和用户问卷调查分析的基础上,梳理了呼吸面罩在人机尺寸匹配、轻量化、材质舒适度方面的问题,总结了呼吸面罩的人机工学优化目标,提出了定制化呼吸面罩的设计方法。采用人体面部测量统计结果划分面罩型号大小,得到呼吸面罩的二维贴合曲线;利用DECA深度学习模型获取人体面部轮廓数据,基于二维贴合曲线生成三维贴合曲线;利用Grasshopper参数化设计平台进行拓扑优化计算,基于三维面部贴合曲线形成轻量化造型特征,优化设计了呼吸面罩造型设计方案。最终根据设计方法进行实践,研究医疗产品的特殊材质,充分考虑3D定制打印、翻模制作的可行性因素,确定了呼吸面罩材质方案,制作了呼吸面罩产品,通过人机工效睡眠实验,获取睡眠生理数据和主观评价数据,评估了更符合患者面部轮廓的定制呼吸面罩,验证了设计方案的可行性,给患者带来更好更舒适的睡眠质量。
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