论文部分内容阅读
骨折患者一般需要外固定进行辅助治疗。常用的外固定方式有夹板固定、石膏固定、支具固定等。夹板固定容易出现松动,若捆扎过紧又容易引起压迫损伤。石膏不透气、笨重、有异味,不易拆除。支具通常只有几种固定的型号,使用支具固定时可能导致支具与患者肢体不匹配或匹配不理想。因此,研发一种固定效果好、透气、轻便、佩戴舒适的个性化外固定支具制作系统是临床的迫切需要。个性化外固定支具制作系统由3D扫描、支具建模、3D打印三部分构成。3D扫描部分获取患肢的外轮廓数据,支具建模部分在患肢外轮廓数据的基础上生成一个外固定支具,3D打印部分将该外固定支具打印出来。由于是根据患肢尺寸量身定做的,所以该支具能完美匹配患肢外表,提供牢固、舒适的外固定功能。如何根据扫描到的外轮廓数据生成一个可穿戴、美观、透气、固定效果好的个性化外固定支具是本系统的关键。本文提出了一种基于STL文件的个性化外固定支具的生成算法,可根据人体患肢的3D扫描STL文件生成一个可穿戴的个性化外固定支具模型。STL文件是一种3D数据格式,作为逆向工程领域的标准文件,被广泛应用于数据保存、传输等方面。其用小三角形面片表示真实三维物体,可通过对小三角形面片的编辑实现对STL文件的编辑。通过对患肢STL文件进行外套生成、镂空图案、变形处理、扣合结构设计等操作可得到个性化外固定支具的STL模型文件。首先采用光栅投影结合双目立体成像采集多个角度的腕部表面数据,然后将这些数据拼接成一个完整的腕部点云文件。通过对简单STL文件进行删除和添加三角形面片、切割、偏移、三角化、镂空、变形等编辑算法的研究与实验,验证了各个独立算法的可行性。然后综合这些算法,对一个数据量较小的理想腕部模型STL文件进行了仿真实践,在其外部生成了一个外固定支具模型,说明了整体算法的可行性。在此基础上结合3D扫描和3D打印,对整个系统的可行性进行了验证。将腕部点云文件转化为STL文件后进行外套生成、镂空图案、扣合结构设计等操作,生成一个可穿戴的外固定支具模型,最后3D打印出腕部外固定支具。试戴后感觉其与腕部匹配完美,固定效果良好,质轻、透气、美观,验证了本文所提技术方案的可行性。