假肢接受腔数字化设计与制造系统研制

• 作 者: 李健
• 机 构: 长春工业大学
• 出 处: 长春工业大学
• 发表日期: 2006年期
• 关键词: 假肢接受腔 数学模型 制造系统 生物力学 生物医学工程 四边形接受腔 数字化设计

假肢接受腔是假肢中的关键部件之一。接受腔传统的制作方法采用石膏绷带取形，手工修改的复杂工艺制作。这种方法制作周期长，生产率低，导致假肢价格昂贵，其质量在很大程度上与假肢制作师的水平有关。如果以人体生物力学和生物医学工程学研究为基础，将先进的设计与制造技术、微电子技术、计算机技术、新材料技术以及康复医学工程等学科交叉融合在一起，从残肢轮廓的采集和数学描述到利用CAD进行设计，最后利用CAM进行加工，实现接受腔的数字化设计和制造，将会缩短接受腔的生产周期，降低其制作成本，提高接受腔的制作质量。
本文在国家高技术产品研制计划(863计划)的资助下，对假肢接受腔的数字化设计与制造系统进行了研制。文章首先分析了国外相关系统的功能和特点，对接受腔参考形状模板进行了研究；根据相关资料和标准，并征求假肢制作师的建议，分析大腿四边形接受腔的特点，确定了大腿四边形接受腔的数学建模方法和相关的数学变换方法，编制了大腿四边形接受腔数字化设计软件，该软件实现了残肢测量数据的输入和接受腔的数字化设计，并将设计结果以STL文件格式输出；在分析接受腔形状特点的基础上，确定了接受腔阳模的加工方案，设计了专用的加工机床，该机床使用PCI-1240控制卡，实现三轴联动；对不同的刀具轨迹规划方法进行了研究，分析不同方法的加工误差，选择矢量方法实现刀具轨迹规划；编写了加工控制软件，该软件对STL文件数据进行相应处理，作为机床的加工数据，控制机床运动，实现接受腔的数字化制造，同时对加工过程进行了仿真。经过系统单元调试和整机实验后，根据具体患者残肢测量数据，设计并加工了接受腔阳模，制作了实际的接受腔。
临床评价结果表明，使用本系统设计和制造的接受腔，各项性能指标都符合要求，患者使用效果良好。可以认为，对接受腔进行数字化设计和制造，将现代的先进技术应用到传统的假肢制作行业中，能极大地提高接受腔的制作质量和效率。本课题产业化后，将产生很好的社会效益和经济效益。