[发明专利]面向3D打印的人体穿戴设备设计方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种面向3D打印的人体穿戴设备设计方法及装置。

背景技术

骨折是指骨结构的连续性断裂或部分断裂，多见于儿童或老年人，其典型表现是伤后出现局部变形、肢体等出现异常运动、移动肢体时可听到骨擦音，伤口剧痛，局部肿胀、淤血，伤后出现运动障碍。在骨折治疗和过程中的三个基本原则和步骤是：复位、固定和功能锻炼。

复位是将骨折后发生移位的骨折断端重新恢复正常或接近原有解剖关系，以重新恢复骨骼的支架作用。

固定是采用不同的方法将复位后的骨折断端固定在满意的位置，使其逐渐愈合。常用的固定方法有：小夹板、石膏固定、外固定支架、牵引制动固定等，这些固定方法称外固定。如果通过手术切开用钢板、钢针、髓内针、螺丝钉等固定，则称内固定。

功能锻炼是通过受伤肢体肌肉收缩，增加骨折周围组织的血液循环，促进骨折愈合，防止肌肉萎缩，通过主动或被动活动未被固定的关节，防止关节粘连、关节囊挛缩等，使受伤肢体的功能尽快恢复到骨折前的正常状态。石膏固定作为骨科外伤的最常用解决方案之一，其方法主要是运用熟石膏的细末撒布在特制的纱布绷带上，然后做成石膏绷带，用温水浸泡以后，保证病人所需要固定的肢体上。

但是，石膏治疗方法也存在诸多局限与缺点，如在石膏固定的使用中，可能出现如石膏断裂、肢体血液循环障碍、压疮等问题。某些粉碎性骨折甚至会因为石膏的压迫导致血液回流慢，形成血栓，而患者不能及时观察患处情况，从而病情恶化，导致截肢。因此，在实际应用过程中，石膏固定常常存在以下问题：

第一，患处与石膏固定之间的空隙无法检测，若压力过高，可能导致骨筋膜室压力过高，肌肉缺血坏死。

第二，石膏固定制作过程中塑形品质多取决于操作人员的专业技能，外固定难以与患处完全匹配，如果有局部突出，会对肢体造成局部的固定压迫，导致压疮。

第三，对于大型石膏固定，因其固定范围大，固定时间长，患处周围的肌肉无法有效锻炼。

第四，石膏固定完全包覆皮肤，难以清洗，尤其是当皮肤有外伤时，可能因为无法有效的清洁导致化脓性皮炎。

第五，大型石膏固定重量较重，穿戴不舒适，同时也影响美观。

如何结合肢体外形数据，设计人体穿戴设备，减轻穿戴设备对人体的压力和穿戴设备重量，提高穿戴设备与人体的贴合度，增强透气性，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种面向3D打印的人体穿戴设备设计方法及装置，能够结合肢体外形数据，设计人体穿戴设备，减轻穿戴设备对人体的压力和穿戴设备重量，提高穿戴设备与人体的贴合度，增强透气性。

第一方面，本发明提供一种面向3D打印的人体穿戴设备设计方法，该方法包括：

获取用户的扫描数据；

根据该用户的扫描数据和佩戴信息，构建穿戴设备模型；

根据预获取的受力模拟数据，在穿戴设备模型上设计网格；

按照设计网格的穿戴设备模型，生成打印参数，进行3D打印。

本发明提供另一种面向3D打印的人体穿戴设备设计方法，该方法包括：

肢体外形数据获取步骤：获取用户的扫描数据；

对扫描数据进行特征提取，获取肢体外形数据；

穿戴设备模型构建步骤：根据预获取的佩戴信息和肢体外形数据，构建穿戴设备模型；

根据该用户的患病状况，确定穿戴设备与人体皮肤的间隙值；

按照间隙值，修正穿戴设备模型的参数；

受力模拟步骤：为修正后的穿戴设备模型设置作用点；

根据佩戴信息，确定肢体活动范围；

根据肢体外形数据和修正后的穿戴设备模型，按照肢体活动范围，进行运动模拟，获取每个作用点的受力值；

网格生成步骤：根据每个作用点的受力值和压力阈值，确定第一镂空点；

根据网格生成算法和第一镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第一网格；

根据预设置的材料信息，计算设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量；

根据计算设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量和目标重量，确定目标网格类型；

打印参数确定步骤：根据目标网格类型和修正后的穿戴设备模型，生成打印参数。

进一步地，根据计算设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量和目标重量，确定网格类型，具体包括：