登录 / 注册
IT168办公频道
IT168首页 > 办公 > 办公行情 > 正文

用于患者个体化、3D打印快速、自动化的方案

2017-11-16 09:38    it168网站原创  作者: 厂商动态 编辑: 厂商动态

据统计约2.4%的人,一生中会发生各类骨折。传统的治疗就是石膏固定治疗,但是这种治疗方法有很多弊端,比如沉重、闷、丑、不透气、会引发皮肤不适等。有没有更好的办法呢?近日,香港中文大学的研究者,就思考利用3d打印和扫描技术,开发一套自动智能快速的建模应用,来帮助病人获得定制的骨科康复辅具。

他们的具体研究成果如下:

由于3d打印的康复辅具需要专业人员花费相当时间去手动设计,从而在效率上受到了制约。

所以,两位研究者想设计一套智能化的工具,来帮助康复医师快速简单的进行设计。

这套技术包括了几种算法来生成有几何特征的模型,并基本一步步完成以下几个重要的关键步骤:

  1. 通过客观测量数据建立基础模型

  2. 在基础模型基础上,计算参考数据

  3. 模型的张开边缘

  4. 创建实体模型

基础模型和参考数据

通过3D扫描设备获得原始数据,并裁剪出病人需要固定的区域。如图1所示

用于患者个体化、3D打印自动化的方案

从而获得原始基础模型,在此基础上获得中心线的测量数据。中心线的是利用VMTK的血管建模工具开源代码包生成的。(有兴趣的同学可以咨询我们医疗部工程师:400-690-7753。)

用于患者个体化、3D打印自动化的方案

卷口边缘生成

卷口边缘是为了患者穿戴方便和穿戴后的舒适性考虑的设计特征,卷口口点附近的表面区域  边缘延伸通过向量扩展。它的数学形式可以描述为:

用于患者个体化、3D打印自动化的方案

这里整理者简化解释:他们矢量也是数列关系。同时注意的是不是所有中心线的点都参与计算。我们保留上下3-5mm的区域用于保护关节。在这里我们用了1.15做bi的系数。

创立表面阵列

然后需要在每个环上创界透气孔的圆周整列。

参考思路和公式如下:

用于患者个体化、3D打印自动化的方案

通过公式产生大量点然后产生轻量化阵列,布尔运算后获得模型。同时考虑的开口佩戴的问题,因此略过数列、留白。

用于患者个体化、3D打印自动化的方案

用于患者个体化、3D打印自动化的方案

用于患者个体化、3D打印自动化的方案

赋予厚度实体化

每个三角面片根据自己矢量偏移一个厚度

用于患者个体化、3D打印自动化的方案

p是表面向量、t是厚度、npi是规范化的元素原始向量。因为曲面原因如果t过大的或导致模型自己的交叉,我们建议从1mm开始做起。

用于患者个体化、3D打印自动化的方案

有限元分析

事后我们把假设为杨氏模量13000MPa.泊松比0.3 的高密度聚乙烯和聚丙烯材料,导入ANSYS中去,并且施加下图的边界条件。模拟出了结果。

用于患者个体化、3D打印自动化的方案

最终,证明模型的安全因子是可控的。

用于患者个体化、3D打印自动化的方案

用于患者个体化、3D打印自动化的方案

实际打印:选用了国内SLA技术、通过CFDA1类康复设备认证材料打印的模型。至少比传统石膏减轻1kg,感觉好棒!

【肺腑之言】从医者角度:通过这个应用,我们基本可以证明无需熟练专业的设计师的定制化智能化自动化的设计,未来可以在广大基层临床科室全面展开,对于希望从事这方面工作的人员来说绝对是好消息。从患者角度:这样设计出来模型具有穿戴友好,并提高了舒适度,对于病患来说也是非常有利的。 但同时得指出,3D扫描、3D打印都是需要时间处理的,且有些角度难以扫全。若病人是急性患者,恐怕时间需要协调得更完美一些。当然,科技是在不断进步的,我们也在寻找更快的扫描仪,例如Creamform HCP(专业医疗扫描仪)来解决。另外还需指出的是3d打印技术还是需要花费一定时间才能完成打印,并没有你在《十二生肖》中看到成龙大哥获取兽首那段表现的那么快。根据目前的情况从扫描到实际佩戴可能需要8-10小时。

相关文章
  • IT168企业级IT168企业级
  • IT168文库IT168文库

扫码送文库金币

编辑推荐
系统架构师大会
系统架构师大会
点击或扫描关注
IT168企业级微信关注送礼
IT168企业级微信关注送礼
扫描关注
首页 评论 返回顶部