據(jù)統(tǒng)計,我國目前肢體殘疾人數(shù)量有數(shù)千萬人,為了讓這些殘疾人能夠恢復日常生活的一些基本功能,醫(yī)療人員通常會為他們定制假肢。假肢包括假肢接受腔,支撐件,關節(jié),假腳等部分。假肢接受腔是殘疾人與假肢的直接連接部件,起到固定,承重,受力等作用。接受腔的定制是假肢定制的最關鍵因素,接受腔的好壞與殘疾人的穿戴效果直接相關。因此,如何設計穩(wěn)固,耐用,舒適的接受腔是一直以來的研究重點。針對大腿假肢接受腔石膏取模法工藝落后,修型依賴假肢技師水平,穿戴體驗提升空間小等不足,以及CAD方法設備昂貴,對假肢技師的計算機能力要求高,過程復雜,患者體驗不佳以及可能存在潛在的應力集中等問題,本文主要進行了以下研究工作:利用深度相機掃描殘肢,存儲各個角度的點云,基于點云庫和VS2012,構建KD樹實現(xiàn)快速近鄰搜索,計算點云中任一點的k鄰域FPFH特征,結合隨機采樣算法進行相鄰幀點云初始配準,利用ICP算法實現(xiàn)精確配準,研究仿射變換下點云配準的問題,提出改進算法,提升配準精度。與CT重建結果對比,證明了基于深度相機的三維重建結果誤差小,還原精度高。從志愿者CT圖像逆向建模,通過區(qū)域增長,截面分割等方法分割骨骼和軟組織,經(jīng)過曲面修復和擬合形成NURBS曲面,通過實體化體建模,建立骨骼,軟組織,襯套和接受腔實體模型,將模型按照幾何關系進行裝配,滿足有限元仿真對輸入數(shù)據(jù)要求。應用有限元仿真方法,分析殘肢-接受腔系統(tǒng)受力情況,給出了殘肢幾何形狀規(guī)則情況下普遍的應力分布情況,得出在典型步態(tài)周期下關鍵區(qū)域的正應力和剪切力分布,說明預應力的作用。根據(jù)仿真結果,提出接受腔的修型建議,可有效對接假肢技師經(jīng)驗平臺。根據(jù)殘肢表面三維重建結果和有限元仿真的修型結論,對大腿假肢接受腔模型進行修型,導出STL文件,設定參數(shù)完成切片,選擇PLA作為接受腔材料,利用3D打印機進行假肢接受腔快速成型實驗。實驗結果表明,3D打印成型時間短,精度高,有利于根據(jù)殘疾人試穿情況快速修改。綜上,本文對假肢接受腔定制過程中非接觸式掃描,受力分析和成型方法等問題進行了詳細的研究,解決了現(xiàn)有方法的一些不足,具有重要的應用價值和實際意義。
【學位單位】：南京信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TP391.41;R318.17
【部分圖文】：

本文提出以消費級深度相機非接觸式掃描殘肢，設計三維重疾人殘肢外形重建，在殘肢幾何形狀規(guī)則情況下，通過有限元仿真分析統(tǒng)應力分布情況，結合假肢技師經(jīng)驗平臺進行修型。通過３Ｄ打印快速成過程，縮短更換周期，可以根據(jù)患者反饋快速調(diào)整，如圖２．２所示。逡逑肢接受腔定制的首要問題是形狀適配。目前，國內(nèi)很多殘疾人康復醫(yī)院為在接受腔適配過程中僅僅根據(jù)殘疾人殘肢的實際尺寸挑選某個型號的接受產(chǎn)的接受腔模型對大部分殘疾人來說都存在過大或過小的問題，在殘疾人受腔過于松弛可能產(chǎn)生大幅滑動，過緊則會導致對殘肢壓迫過大而造成皮紅腫。因此，定制化接受腔首先必須解決形狀適配的問題。逡逑章基于深度相機對殘肢進行掃描，基于ＰＣＬ點云庫設計三維重建算法并將三維重建后的殘肢表面作為假肢接受腔的內(nèi)腔，達到形狀適配的目標。的三維重建算法流程如圖２．３所示，實現(xiàn)了相機標定，點云濾波，初始配。逡逑

逡逑２．１．１深度相機及點云庫逡逑本文所用的深度相機型號是Ｋｉｎｅｃｔ邋ｖ２，實物如圖２．４所示。在文中均用Ｋｉｎｅｃｔ指代逡逑Ｋｉｎｅｃｔｖ２。Ｋｉｎｅｃｔ采用ＴＯＦ原理，通過紅外線照射物體反射的方法測量深度距離，由于逡逑其工作原理，深度相機采集的深度信息是離散點形成的點云。Ｋｉｎｅｃｔ的有效范圍是０．５ｍ逡逑到４．５ｍ，深度攝像頭采集的頻率是３０幀每秒，分辨率達到５１２＊４２４。Ｋｉｎｅｃｔ的測量原逡逑理導致了其無法測量類鏡面的表面深度信息，采集時會出現(xiàn)空洞。逡逑＇ｍｕｔｍｍ邋ｗ逡逑圖２．４深度相機Ｋｉｎｅｃｔ邋Ｖ２逡逑ＰＣＬ［５７＿邋ｐｏｉｎｔ邋ｃｌｏｎｄ邋ｌｉｂｒａｒｙ。ＰＣＬ是用于點云處理的Ｃ＋＋庫，包含了大量點云的類逡逑與算法。本文基于ＰＣＬ進行點云的配準，存儲與顯示。逡逑１２逡逑

圖２．５張正友標定板逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2820489