跟腱康復護具制造方法及裝置與流程

本發明涉及醫學矯形器具技術領域，尤其涉及一種跟腱康復護具制造方法及裝置。

背景技術：

對于跟腱損傷術后的患者，目前通常采用石膏外固定進行術后恢復，然而，石膏與皮膚的貼合度較差，穿戴后的舒適度也較差，使得患者非常痛苦。另外，石膏硬度大，不利于后期功能康復，而后期如果不進行適當的功能訓練，患肢肌肉力量將嚴重減弱，關節活動幅度也將降低。

良好的跟腱康復護具對術后恢復具有重要意義。以跟腱靴為例，其由綁帶、粘扣、支撐桿、角度調節器、防滑鞋底和墊跟組成。可代替石膏來使用，使跟腱在康復期得到有效的保護。跟腱靴中墊跟高度通常在3～4cm，遵照醫生囑咐，每隔一段時間就抽掉一層墊跟，直至跟墊抽完為止。

針對不同病人，康復情況不同，跟腱康復護具越來越強調個體化的設計和制造。然而，上述跟腱靴具有以下不足之處：一是跟腱靴具有不同的尺碼或者采用均碼，且不分左右腳，通配性差，舒適度不佳，長期使用不利于患者康復，增加了醫療成本。此外，易出現購買的跟腱靴不合適需多次調換貨的情況；二是跟腱靴通過綁帶直接捆綁在傷腿表面(尤其是若傷口位置較高，繃帶會直接綁在傷口上面，不利于傷口的愈合)，導致血液流通不順暢，加重了傷腳腫脹的程度，影響了患者康復進度；三是后腳跟裸露在外，當墊跟較高時(高于后鞋沿)，患腳容易滑出跟腱靴導致二次斷裂。固定高度的墊跟未做到因人而異，嚴重影響了患者康復訓練效果，同時加大了跟腱二次斷裂的風險。

技術實現要素：

本發明的目的在于，提供一種跟腱康復護具制造方法及裝置，以實現制造個性化定制且舒適度、安全性更高的跟腱康復護具，提高了康復護具制造的精度。

根據本發明的一方面，提供一種跟腱康復護具制造方法。所述方法包括：獲取患者肢體的三維點云數據；根據所述三維點云數據生成所述患者肢體的三維模型；對所述三維模型進行處理，得到墊跟模型、跟腱康復護具主體模型和小腿面板模型；控制3D打印設備打印所述墊跟模型、跟腱康復護具主體模型和小腿面板模型，制造出跟腱康復護具，其中，所述跟腱康復護具包括墊跟、跟腱康復護具主體和小腿面板。

優選地，所述對所述三維模型進行處理，得到墊跟模型、跟腱康復護具主體模型和小腿面板模型的處理包括：

在所述三維模型上截取滿足設定的跟腱康復護具高度的三維模型；

在所述截取后的三維模型上確定腳心面，并根據所述腳心面和水平面生成墊跟模型，和/或，

在所述截取后的三維模型上確定腳踝位置，并根據所述腳踝位置和所述截取后的三維模型生成跟腱康復護具主體模型，和/或，

根據患者肢體的傷口長度和所述截取后的三維模型生成所述小腿面板模型。

優選地，所述對所述三維模型進行處理，得到墊跟模型、跟腱康復護具主體模型和小腿面板模型的處理還包括：

在所述跟腱康復護具主體模型上對應于患者肢體的腳部后跟處和/或所述小腿面板模型上設置預設數量的通風孔。

優選地，所述方法還包括：利用所述三維模型、所述墊跟模型、所述跟腱康復護具主體模型和所述小腿面板模型，在計算機上虛擬佩戴和康復訓練過程，并且，生成STL格式的所述三維模型的數據、所述墊跟模型的數據、所述跟腱康復護具主體模型的數據和所述小腿面板模型的數據以及患者康復計劃文檔、虛擬康復演示文件。

優選地，所述方法還包括：存儲以下數據中的一種或多種到患者肢體數據庫中：所述三維點云數據、所述三維模型、所述墊跟模型、所述跟腱康復護具主體模型、所述小腿面板模型、所述三維模型的數據、所述墊跟模型的數據、所述跟腱康復護具主體模型的數據、所述小腿面板模型的數據、患者康復計劃文檔和虛擬康復演示文件。

根據本發明的另一方面，提供一種跟腱康復護具制造裝置。所述裝置包括：數據獲取模塊，用于獲取患者肢體的三維點云數據；模型生成模塊，用于根據所述三維點云數據生成所述患者肢體的三維模型；模型處理模塊，用于對所述三維模型進行處理，得到墊跟模型、跟腱康復護具主體模型和小腿面板模型；護具制造控制模塊，用于控制3D打印設備打印所述墊跟模型、跟腱康復護具主體模型和小腿面板模型，制造出跟腱康復護具，其中，所述跟腱康復護具包括墊跟、跟腱康復護具主體和小腿面板。

優選地，所述模型處理模塊用于在所述三維模型上截取滿足設定的跟腱康復護具高度的三維模型；在所述截取后的三維模型上確定腳心面，并根據所述腳心面和水平面生成墊跟模型，和/或，在所述截取后的三維模型上確定腳踝位置，并根據所述腳踝位置和所述截取后的三維模型生成跟腱康復護具主體模型，和/或，根據患者肢體的傷口長度和所述截取后的三維模型生成所述小腿面板模型。

優選地，所述模型處理模塊還用于在所述跟腱康復護具主體模型上對應于患者肢體的腳部后跟處和/或所述小腿面板模型上設置預設數量的通風孔。

優選地，所述裝置還包括：過程虛擬及數據生成模塊，用于利用所述三維模型、所述墊跟模型、所述跟腱康復護具主體模型和所述小腿面板模型，在計算機上虛擬佩戴和康復訓練過程，并且，生成STL格式的所述三維模型的數據、所述墊跟模型的數據、所述跟腱康復護具主體模型的數據和所述小腿面板模型的數據以及患者康復計劃文檔、虛擬康復演示文件。

優選地，所述裝置還包括：數據存儲模塊，用于存儲以下數據中的一種或多種到患者肢體數據庫中：所述三維點云數據、所述三維模型、所述墊跟模型、所述跟腱康復護具主體模型、所述小腿面板模型、所述三維模型的數據、所述墊跟模型的數據、所述跟腱康復護具主體模型的數據、所述小腿面板模型的數據、患者康復計劃文檔和虛擬康復演示文件。

根據本發明實施例提供的跟腱康復護具制造方法及裝置，通過獲取患者肢體的三維點云數據；根據三維點云數據生成患者肢體的三維模型；對三維模型進行處理，得到墊跟模型、跟腱康復護具主體模型和小腿面板模型；控制3D打印設備打印墊跟模型、跟腱康復護具主體模型和小腿面板模型，制造出跟腱康復護具。實現了制造個性化定制且舒適度、安全性更高的跟腱康復護具，提高了康復護具制造的精度。

附圖說明

圖1是示出根據本發明實施例一的跟腱康復護具制造方法的流程圖；

圖2是示出根據本發明實施例一的跟腱康復護具制造方法中患者肢體的三維模型的示例性示意圖；

圖3是示出根據本發明實施例二的跟腱康復護具制造方法的流程圖；

圖4是示出根據本發明實施例二的跟腱康復護具制造方法中截取后的三維模型的示例性示意圖；

圖5是示出根據本發明實施例二的跟腱康復護具制造方法中墊跟模型的示例性示意圖；

圖6是示出應用本發明實施例二的跟腱康復護具制造方法制造出的跟腱康復護具的示例性示意圖；

圖7是示出根據本發明實施例三的跟腱康復護具制造裝置的邏輯框圖；

圖8是示出根據本發明實施例四的跟腱康復護具制造裝置的邏輯框圖。

具體實施方式

下面結合附圖(若干附圖中相同的標號表示相同的元素)和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細說明。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。

本領域技術人員可以理解，本發明中的“第一”、“第二”等術語僅用于區別不同步驟、設備或模塊等，既不代表任何特定技術含義，也不表示它們之間的必然邏輯順序。

實施例一

圖1是示出根據本發明實施例一的跟腱康復護具制造方法的流程圖。可在如圖7所示的裝置執行所述方法。

參照圖1，在步驟S110，獲取患者肢體的三維點云數據。

這里，通過測量儀器得到的掃描對象外觀表面的點數據集合稱為點云數據，三維點云數據是通過如三維激光雷達等圖像獲取設備得到的掃描對象外觀表面的點數據集合。在本實施例中，掃描對象是患者肢體。三維點云數據存儲的是掃描對象的三維坐標XYZ。

本發明實施例將三維點云處理技術運用到康復護具制造領域，通過三維點云獲取患者肢體對應的模型。比如，可利用深度相機采集三維肢體數據，得到多角度、多姿態的三維肢體數據。相比手工測量，三維掃描設備不僅數據獲取效率高，采集時間短，而且獲得的數據更為精確。

在步驟S120，根據三維點云數據生成患者肢體的三維模型。

生成的患者肢體的三維模型在形態上符合肢體特征。圖2是示出根據本發明實施例一的跟腱康復護具制造方法中患者肢體的三維模型的示例性示意圖，利用前述步驟獲取到的三維肢體數據進行建模，得到具有真實感的如圖2所示的三維肢體模型。

在步驟S130，對三維模型進行處理，得到墊跟模型、跟腱康復護具主體模型和小腿面板模型。

在步驟S140，控制3D打印設備打印墊跟模型、跟腱康復護具主體模型和小腿面板模型，制造出跟腱康復護具。

其中，所述跟腱康復護具可包括墊跟、跟腱康復護具主體和小腿面板。在實際應用中，將墊跟模型、跟腱康復護具主體模型和小腿面板模型的數據用STL格式輸入到三維立體打印機中，根據患者需求選取打印材料(如纖維制品、皮革、塑料、樹脂、金屬、復合材料、碳素纖維)進行立體打印，制造出墊跟模型、跟腱康復護具主體模型和小腿面板模型相應的實體部件，組裝部件制成合體的跟腱康復護具。這里，跟腱康復護具可具體為跟腱靴，但不限于此。

本發明實施例提供的跟腱康復護具制造方法，通過獲取患者肢體的三維點云數據；根據三維點云數據生成患者肢體的三維模型；對三維模型進行處理，得到墊跟模型、跟腱康復護具主體模型和小腿面板模型；控制3D打印設備打印墊跟模型、跟腱康復護具主體模型和小腿面板模型，制造出跟腱康復護具。實現了制造個性化定制且舒適度、安全性更高的跟腱康復護具，提高了康復護具制造的精度。

實施例二

圖3是示出根據本發明實施例二的跟腱康復護具制造方法的流程圖，所述實施例可視為圖1的又一種具體的實現方案。可在如圖8所示的裝置執行所述方法。

參照圖3，在步驟S210，獲取患者肢體的三維點云數據。

其中，上述步驟S210的步驟內容與上述實施例一中步驟S110的步驟內容相同，在此不再贅述。

在步驟S220，根據三維點云數據生成患者肢體的三維模型。

其中，上述步驟S220的步驟內容與上述實施例一中步驟S120的步驟內容相同，在此不再贅述。

在步驟S230，對三維模型進行處理，得到墊跟模型、跟腱康復護具主體模型和小腿面板模型。

根據本發明示例性的實施例，步驟S230的處理可包括：在三維模型上截取滿足設定的跟腱康復護具高度的三維模型；在截取后的三維模型上確定腳心面，并根據腳心面和水平面生成墊跟模型，和/或，在截取后的三維模型上確定腳踝位置，并根據腳踝位置和截取后的三維模型生成跟腱康復護具主體模型，和/或，根據患者肢體的傷口長度和截取后的三維模型生成所述小腿面板模型。

在具體的實現方式中，通常在跟腱手術之后，不同患者的傷口長度不同，并且各個患者的身高也不同。因此，根據患者的自身特點由醫生對患者指定合適的跟腱康復護具的高度，并依照指定的高度在患者肢體的三維模型中進行截取處理，得到例如圖4所示的截取后的三維模型。

在獲得截取后的三維模型之后，首先，詳細說明墊跟模型的生成過程。圖5是示出根據本發明實施例二的跟腱康復護具制造方法中墊跟模型的示例性示意圖，如圖5所示，腳心面與水平面間的模型即為墊跟模型。根據墊跟模型，可以精確的確定適合于患者的墊跟的高度，并根據患者腳型確定墊跟的層數和形狀，使得墊跟的舒適度達到最佳，有利于患者的康復；其次，詳細說明跟腱康復護具主體模型的生成過程。為了更好的防止二次斷裂的發生，提高跟腱康復護具的安全性，將腳踝以下的模型作為跟腱康復護具主體模型(即腳模型)，用于制作跟腱康復護具主體，這樣就可將跟腱康復護具的后跟高度提高到腳踝，保證了跟腱康復護具的安全性。最后，詳細說明小腿面板模型的生成過程。為了減輕綁帶給傷腿帶來的傷害，在小腿外部罩上小腿面板。小腿面板模型根據患者小腿的長度和傷口長度在截取后的三維模型上來截取，例如，可將傷口以上至小腿最上端作為小腿面板模型。

根據本發明示例性的實施例，步驟S230的處理還可包括：在跟腱康復護具主體模型上對應于患者肢體的腳部后跟處和/或小腿面板模型上設置預設數量的通風孔。

本實施例中，考慮到跟腱康復護具佩戴時間比較長，為了防止皮膚壞死，通過在跟腱康復護具表面設計通風孔，來保持腳部與外界的通風。圖6是示出應用本發明實施例二的跟腱康復護具制造方法制造出的跟腱康復護具的示例性示意圖，參照圖6，在跟腱康復護具的后跟處，以及小腿面板上均設置了通風孔。需要說明的是，圖6僅是示例性地示意通風孔的設計，不作為對通風孔的排布位置、大小等設計參數的限定。

在步驟S240，控制3D打印設備打印墊跟模型、跟腱康復護具主體模型和小腿面板模型，制造出跟腱康復護具。

繼續參照圖6，將制造出的墊跟模型、跟腱康復護具主體模型和小腿面板模型相應的實體部件組裝成跟腱康復護具，將跟腱康復護具佩戴到患者傷腿上，按照康復訓練計劃展開康復訓練。

在步驟S250，利用三維模型、墊跟模型、跟腱康復護具主體模型和小腿面板模型，在計算機上虛擬佩戴和康復訓練過程，并且，生成STL格式的三維模型的數據、墊跟模型的數據、跟腱康復護具主體模型的數據和小腿面板模型的數據以及患者康復計劃文檔、虛擬康復演示文件。

對于跟腱的術后康復和手術同樣重要。為了讓患者對康復過程有全面且詳細的了解，增加患者康復的信心，在獲得三維肢體模型、墊跟模型、跟腱康復護具主體模型以及小腿面板模型后，醫生在計算機技術人員的輔助下，根據患者身體狀況，在計算機上虛擬跟腱康復護具的佩戴及康復過程，通過電腦3D技術模擬護具佩戴過程以及不同階段的康復訓練方式方法，進而制定康復計劃，輸出STL數字模型、患者康復計劃文檔以及虛擬康復演示文件。可視化康復效果的數字化模型可直接在計算機上進行各個方位的旋轉觀測、任意切面的觀測以及放大縮小，通過康復過程及結果的三維可視化，方便了醫生與患者之間的溝通，讓患者更清楚地感受到康復過程，提前做好充足的思想準備，樹立康復信心，大大增加了患者對康復過程的了解和治療的滿意度。

在步驟S260，存儲以下數據中的一種或多種到患者肢體數據庫中：三維點云數據、三維模型、墊跟模型、跟腱康復護具主體模型、小腿面板模型、三維模型的數據、墊跟模型的數據、跟腱康復護具主體模型的數據、小腿面板模型的數據、患者康復計劃文檔和虛擬康復演示文件。

在具體的實現方式中，可利用結構化系統分析與設計的方法為患者建立患者肢體數據庫，該患者肢體數據庫相當于一個康復數據管理系統，其中存儲有患者、醫生和設計者的基本信息，以及在手術及康復過程中的數據(包括如患者術前采集的數據、肢體的三維模型、墊跟模型、跟腱康復護具主體模型、小腿面板模型以及患者治療康復計劃相關文檔等)。患者肢體數據庫的建立方便后續信息的查詢、編輯和調用，提高了患者信息管理的工作效率。

本發明實施例提供的跟腱康復護具制造方法，具有以下技術效果：

一方面，本實施例將三維掃描技術、三維點云處理技術、三維建模技術、3D打印技術、虛擬現實技術、數據庫技術綜合運用到康復護具制造領域，使得制造出的康復護具的佩戴舒適度更高，同時，具有成本低、實施便捷、建模精度高、環保等優點；

另一方面，利用3D打印技術定制出符合患者腳部形態的墊跟，進一步提高了佩戴時的舒適度和貼合度，而且制造速度快，節約了材料，降低了成本；跟腱康復護具主體模型是根據患者傷腳的角度來確定的跟腱康復護具的后跟高度，使得制造出的跟腱康復護具安全性更高，能夠有效防止二次斷裂；小腿面板避免了繃帶和腿部的直接接觸，將受力點均勻分布到整個小腿面板上，因而保障了血液暢通，減少了傷腳的腫脹程度，便于患者康復。此外，通過在跟腱康復護具的后跟處和小腿面板上設置通風孔，從而保證了患者皮膚健康，保持腳部和外界的通風以增加跟腱康復護具佩戴的舒適性；

再一方面，通過虛擬佩戴和康復訓練過程，使得患者可直接在計算機上對各個模型進行各個方位的旋轉觀測、任意切面的觀測以及放大縮小，從而清楚地了解護具佩戴后可能出現的情況及預防措施，以及康復過程中鍛煉方法和注意事項。進而更直觀地了解康復過程和掌握了康復期間正確的鍛煉方法，增強了患者康復信心；

又一方面，利用結構化系統分析與設計的方法建立患者肢體數據庫，便于后期患者信息的查詢、編輯和調用，提高了康復過程中信息管理的工作效率。此外，患者肢體數據庫中的患者康復計劃文檔、虛擬康復演示文件等數據可用于虛擬康復訓練，使患者清楚地了解了康復過程中鍛煉方法和注意事項，增加了患者康復的信心，保證了治療效果。

實施例三

基于相同的技術構思，圖7是示出根據本發明實施例三的跟腱康復護具制造裝置的邏輯框圖。可用以執行如實施例一所述的跟腱支具制造方法流程。

參照圖7，跟腱康復護具制造裝置包括數據獲取模塊710、模型生成模塊720、模型處理模塊730和護具制造控制模塊740。

數據獲取模塊710用于獲取患者肢體的三維點云數據。

模型生成模塊720用于根據三維點云數據生成患者肢體的三維模型；

模型處理模塊730用于對三維模型進行處理，得到墊跟模型、跟腱康復護具主體模型和小腿面板模型。

護具制造控制模塊740用于控制3D打印設備打印墊跟模型、跟腱康復護具主體模型和小腿面板模型，制造出跟腱康復護具，其中，跟腱康復護具包括墊跟、跟腱康復護具主體和小腿面板。

本發明實施例提供的跟腱康復護具制造裝置，通過獲取患者肢體的三維點云數據；根據三維點云數據生成患者肢體的三維模型；對三維模型進行處理，得到墊跟模型、跟腱康復護具主體模型和小腿面板模型；控制3D打印設備打印墊跟模型、跟腱康復護具主體模型和小腿面板模型，制造出跟腱康復護具。實現了制造個性化定制且舒適度、安全性更高的跟腱康復護具，提高了康復護具制造的精度。

實施例四

基于相同的技術構思，圖8是示出根據本發明實施例四的跟腱康復護具制造裝置的邏輯框圖。可用以執行如實施例二所述的跟腱支具制造方法流程。

參照圖8，模型處理模塊730具體用于在三維模型上截取滿足設定的跟腱康復護具高度的三維模型；在截取后的三維模型上確定腳心面，并根據腳心面和水平面生成墊跟模型，和/或，在截取后的三維模型上確定腳踝位置，并根據腳踝位置和截取后的三維模型生成跟腱康復護具主體模型，和/或，根據患者肢體的傷口長度和截取后的三維模型生成小腿面板模型。

進一步地，模型處理模塊730還用于在跟腱康復護具主體模型上對應于患者肢體的腳部后跟處和/或小腿面板模型上設置預設數量的通風孔。

可選地，該跟腱康復護具制造裝置還包括：過程虛擬及數據生成模塊750用于利用三維模型、墊跟模型、跟腱康復護具主體模型和小腿面板模型，在計算機上虛擬佩戴和康復訓練過程，并且，生成STL格式的三維模型的數據、墊跟模型的數據、跟腱康復護具主體模型的數據和小腿面板模型的數據以及患者康復計劃文檔、虛擬康復演示文件。

優選地，該跟腱康復護具制造裝置還可包括：數據存儲模塊760用于存儲以下數據中的一種或多種到患者肢體數據庫中：三維點云數據、三維模型、墊跟模型、跟腱康復護具主體模型、小腿面板模型、三維模型的數據、墊跟模型的數據、跟腱康復護具主體模型的數據、小腿面板模型的數據、患者康復計劃文檔和虛擬康復演示文件。

本發明實施例提供的跟腱康復護具制造裝置，具有以下技術效果：

第一，利用三維掃描技術準確獲取肢體部位表面點云數據，并進行三維建模，因此，相較于石膏塑形，具有制造出的康復護具的佩戴舒適度及安全性高、成本低、實施方便、制造速度快、建模精度高、環保、節約材料等特點；

第二，利用3D打印技術可以快速地定制出符合患者腳部形態的舒適度和貼合度更佳的個性化跟腱康復護具，并且節約了材料和成本；

第三，根據患者傷腳的角度來確定的跟腱康復護具的后跟高度，安全性更高，有效防止二次斷裂。根據患腳形態制造出的墊跟具有更佳的舒適度、貼合度。小腿面板的設計避免了繃帶和腿部的直接接觸，將受力點均勻分布到整個小腿面板上，因而保障了血液暢通，減少了傷腳的腫脹程度，便于患者康復。通風孔的設計有利于支具佩戴時腳部和腿部透氣，避免了皮膚壞死等不良情況的發生，進一步增加了康復護具佩戴的舒適性；

第四，利用虛擬現實技術實現了跟腱康復護具的虛擬佩戴和康復訓練過程，使得患者更直觀、清楚地了解佩戴、康復過程，且掌握了康復期間正確的鍛煉方法，增強了患者康復信心；

第五，建立的患者肢體數據庫可便于后期患者信息的查詢、編輯和調用，提高了康復過程中信息管理的工作效率。

需要指出，根據實施的需要，可將本申請中描述的各個步驟/部件拆分為更多步驟/部件，也可將兩個或多個步驟/部件或者步驟/部件的部分操作組合成新的步驟/部件，以實現本發明的目的。

上述根據本發明的方法可在硬件、固件中實現，或者被實現為可存儲在記錄介質(諸如CD ROM、RAM、軟盤、硬盤或磁光盤)中的軟件或計算機代碼，或者被實現通過網絡下載的原始存儲在遠程記錄介質或非暫時機器可讀介質中并將被存儲在本地記錄介質中的計算機代碼，從而在此描述的方法可被存儲在使用通用計算機、專用處理器或者可編程或專用硬件(諸如ASIC或FPGA)的記錄介質上的這樣的軟件處理。可以理解，計算機、處理器、微處理器控制器或可編程硬件包括可存儲或接收軟件或計算機代碼的存儲組件(例如，RAM、ROM、閃存等)，當所述軟件或計算機代碼被計算機、處理器或硬件訪問且執行時，實現在此描述的處理方法。此外，當通用計算機訪問用于實現在此示出的處理的代碼時，代碼的執行將通用計算機轉換為用于執行在此示出的處理的專用計算機。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。