一种基于3D打印的踝足矫形器的制作方法技术

一种基于3D打印的踝足矫形器的制作方法，包括以下步骤：步骤1，采用足底压力数据；步骤2，使用三维扫描仪扫描患肢；步骤3，将步骤2得到的患肢点云数据得到STL文件；步骤4，利用踝足生物力学，三点力系统与步骤1得到的足底压力异常情况对踝足矫形器结构进行三维模型数字化设计；步骤5，拓扑优化；步骤6，3D打印前处理，得到带有支撑的踝足矫形器；步骤7，进行后处理，增加衬垫、魔术贴等辅件，最后让患肢试穿。降低对操作人员经验及技术的要求，同时可以实现轻量化设计，减轻踝足矫形器的重量，提高患者对踝足矫形器的接受程度。

A manufacturing method of ankle foot orthosis based on 3D printing

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印的踝足矫形器的制作方法
本专利技术属于踝足矫形
，特别涉及一种基于3D打印的踝足矫形器的制作方法。
技术介绍
现有技术中治疗足外翻等踝足障碍的踝足矫形器很多。现有技术的缺陷就是：未进行患者足底压力测试，分析正常压力分布情况和分布异常情况；未运用到踝足生物力学对踝足矫形器结构进行改进，只是简单的打印扫描模型，矫正效果不佳(。关于传统石膏制作踝足矫形器的方法缺点是：需要矫形师有丰富的经验和精湛的手艺，劳动强度大且制作周期长，制作效率不高，形器太笨重不够美观、尤其是一些心理障碍比较大或者是小孩穿戴踝足矫形器时容易自卑，往往不愿意进行穿戴，使用材料过多，造成浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于3D打印的踝足矫形器的制作方法，以解决上述问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于3D打印的踝足矫形器的制作方法，包括以下步骤：步骤1，采用足底压力测量系统对患者患肢足底进行压力测试，获得步行时，患者的足底压力分布，确定不同患者足底压力分布异常情况；步骤2，使用三维扫描仪扫描患肢的踝、足、小腿部位，获得患肢的点云数据；步骤3，将步骤2得到的患肢点云数据导入到逆向软件进行逆向设计，得到STL文件；步骤4，将步骤三中得到的STL文件导入到数字化设计软件，在软件改进模型结构，利用踝足生物力学，三点力系统与步骤1得到的足底压力异常情况对踝足矫形器结构进行三维模型数字化设计，改善踝足受力情况；步骤5，将上述步骤4得到的STL文件进行拓扑优化，得到STL模型文件；步骤6，将步骤5中得到的STL模型文件进行3D打印前处理，得到带有支撑的踝足矫形器；步骤7，将步骤6中通过SLS得到的踝足矫形器去除支撑，进行后处理，增加衬垫、魔术贴等辅件，最后让患肢试穿。进一步的，步骤2中扫描时，患者保持坐姿，患肢平放置于平板上，扫描时保证扫描数据连续完整。进一步的，步骤3中，逆向软件为Rhnio；具体步骤为：1)在Rhnio中将扫描得到的点云数据进行修饰，封装，并建出完整的扫描部位轮廓的三角面片结构模型；2)在Rhnio中对步骤1)中得到的轮廓表面三角片进行外向加厚，生成壳状的三维模型，保存为STL格式文件。进一步的，步骤4中，数字化设计软件为Creo3.0。进一步的，步骤5中，具体为：首先对模型进行有限元分析，分析其应力，然后运用拓扑优化软件对模型进行拓扑优化，进行镂空等处理，去除多余结构，减轻模型质量。进一步的，拓扑优化软件为Inspire软件。进一步的，步骤6中，具体为：导入到MaterialiseMagics21.0中，首先进行前处理，对三维模型添加支撑得到带支撑结构的三维模型，调整好打印参数，获得STL文件；将获得的STL文件通过3D打印成型得到带有支撑的踝足矫形器；其中足外翻踝足矫形器模型的打印是采用激光烧结成型技术，所述3D打印机为激光烧结固化成形3D打印机，所用材料为尼龙。进一步的，其中所述步骤7中的后处理为进行喷砂、修型、打磨工艺；魔术贴辅助结构为可调整松紧并固定的辅助绷带。与现有技术相比，本专利技术有以下技术效果：以根据不同患者的特点，运用踝足生物力学、三点力系统和下肢解剖学，调整患者患肢压力分布，快速地完成设计和制作出完美配合患者患肢外形的踝足矫形器，提高踝足矫形器的使用效果，实现个性化医疗，可以降低对操作人员经验及技术的要求，同时可以实现轻量化设计，减轻踝足矫形器的重量，提高患者对踝足矫形器的接受程度。具体表现在：对患者足底进行了足底压力测试，可以分析压力分布正常情况和分布异常情况，为优秀改进踝足矫形器三维结构打好基础；使用三维扫描仪对患者的患肢不同症状和不同外形特征进行扫描精确成型，实现个性化医疗保证了患肢的高标准还原度，确保符合患者患肢外形的踝足矫形器，防止压迫损伤软组织；对比石膏法，使用计算机进行数字化的设计方法可以降低对操作人员经验和技术的要求，并且可以减轻患者多次更换石膏的痛苦；采用3D打印技术，可以自由穿戴踝足矫形器，并且可以选择不同的材料制作踝足矫形器，在一定程度上有利于观察后期对踝足矫形器恢复程度的检查；在进行数字化设计时运用踝足生物力学和三点力系统，改进踝足矫形器模型的三维结构，改善患者患肢足底受力情况，来提高踝足矫形器的治疗使用效果；使用3D打印技术，快速地制完成矫形器的制作,并且可以对模型进行踝足矫形器进行镂空等处理，实现轻量化设计，减轻踝足矫形器的重量，舒适度高，提高患者对踝足矫形器的接受程度。附图说明图1为本专利技术的工艺流程图。图2为本专利技术的三点力系统在矢状面原理图。图3为本专利技术的三点力系统在额状面原理图。图4为本专利技术的拓扑优化过程图。图5为本专利技术的踝足矫形器上腿示意图。三点力系统在矢状面原理图说明：三点力在矢状面上控制踝关节的跖屈。三点力位于：1-第一跖骨头至第五跖骨头和足趾，向上的力；2-足背的上部；3-小腿肚的上部。三点力系统在额状面原理图说明：三点力在额状面上控制踝关节的外翻。三点力位于：足跟的外侧，向内的力；2-内踝上部，向外的力；3-小腿近侧，向内的力。具体实施方式以下结合附图对本专利技术进一步说明：请参阅图1至图5，一种基于3D打印的踝足矫形器的制作方法，包括以下步骤：步骤1，采用足底压力测量系统对患者患肢足底进行压力测试，获得步行时，患者的足底压力分布，确定不同患者足底压力分布异常情况；步骤2，使用三维扫描仪扫描患肢的踝、足、小腿部位，获得患肢的点云数据；步骤3，将步骤2得到的患肢点云数据导入到逆向软件进行逆向设计，得到STL文件；步骤4，将步骤三中得到的STL文件导入到数字化设计软件，在软件改进模型结构，利用踝足生物力学，三点力系统与步骤1得到的足底压力异常情况对踝足矫形器结构进行三维模型数字化设计，改善踝足受力情况；STL是一种文件格式。步骤5，将上述步骤4得到的STL文件进行拓扑优化，得到STL模型文件；步骤6，将步骤5中得到的STL模型文件进行3D打印前处理，得到带有支撑的踝足矫形器；步骤7，将步骤6中通过SLS得到的踝足矫形器去除支撑，进行后处理，增加衬垫、魔术贴等辅件，最后让患肢试穿。SLS是选择性激光烧结成型。步骤2中扫描时，患者保持坐姿，患肢平放置于平板上，扫描时保证扫描数据连续完整。步骤3中，逆向软件为Rhnio；具体步骤为：1)在Rhnio中将扫描得到的点云数据进行修饰，封装，并建出完整的扫描部位轮廓的三角面片结构模型；2)在Rhnio中对步骤1)中得到的轮廓表面三角片进行外向加厚，生成壳状的三维模型，保存为STL格式文件。步骤4中，数字化设计软件为Creo3.0。步骤5中，具体为：首先对模型进行有限元分析，分析其应力，然后运用拓扑优化软件对模型进行拓扑优化，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于3D打印的踝足矫形器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，采用足底压力测量系统对患者患肢足底进行压力测试，获得步行时，患者的足底压力分布，确定不同患者足底压力分布异常情况；/n步骤2，使用三维扫描仪扫描患肢的踝、足、小腿部位，获得患肢的点云数据；/n步骤3，将步骤2得到的患肢点云数据导入到逆向软件进行逆向设计，得到STL文件；/n步骤4，将步骤三中得到的STL文件导入到数字化设计软件，在软件改进模型结构，利用踝足生物力学，三点力系统与步骤1得到的足底压力异常情况对踝足矫形器结构进行三维模型数字化设计，改善踝足受力情况；/n步骤5，将上述步骤4得到的STL文件进行拓扑优化，得到STL模型文件；/n步骤6，将步骤5中得到的STL模型文件进行3D打印前处理，得到带有支撑的踝足矫形器；/n步骤7，将步骤6中通过SLS得到的踝足矫形器去除支撑，进行后处理，增加衬垫、魔术贴等辅件，最后让患肢试穿。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印的踝足矫形器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，采用足底压力测量系统对患者患肢足底进行压力测试，获得步行时，患者的足底压力分布，确定不同患者足底压力分布异常情况；
步骤2，使用三维扫描仪扫描患肢的踝、足、小腿部位，获得患肢的点云数据；
步骤3，将步骤2得到的患肢点云数据导入到逆向软件进行逆向设计，得到STL文件；
步骤4，将步骤三中得到的STL文件导入到数字化设计软件，在软件改进模型结构，利用踝足生物力学，三点力系统与步骤1得到的足底压力异常情况对踝足矫形器结构进行三维模型数字化设计，改善踝足受力情况；
步骤5，将上述步骤4得到的STL文件进行拓扑优化，得到STL模型文件；
步骤6，将步骤5中得到的STL模型文件进行3D打印前处理，得到带有支撑的踝足矫形器；
步骤7，将步骤6中通过SLS得到的踝足矫形器去除支撑，进行后处理，增加衬垫、魔术贴等辅件，最后让患肢试穿。


2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的踝足矫形器的制作方法，其特征在于，步骤2中扫描时，患者保持坐姿，患肢平放置于平板上，扫描时保证扫描数据连续完整。


3.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的踝足矫形器的制作方法，其特征在于，步骤3中，逆向软件为Rhnio；具体步骤为：
1)在Rhnio中将扫描得到的点云数据进行修饰，封装，并建出完整的扫描部位轮廓的三角面片结构模型；...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕军，李翔，彭宇，贺健康，王晶，马致远，
申请(专利权)人：西安交通大学医学院第一附属医院，
类型：发明
国别省市：陕西;61