小腿假肢接受腔的数字化设计方案研究

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第I页国内图书分类号：R318.6;TH122密级：公开国际图书分类号：621西南交通大学研究生学位论文小腿假肢接受腔的数字化设计方案研究年级二〇一五级姓名冯晓华申请学位级别工学硕士专业机械设计及理论指导教师吴晓副教授二〇一八年五月西南交通大学硕士研究生学位论文第II页ClassifiedIndex:R318.6;TH122U.D.C:621SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisStudyonDigitalDesignofReceivingCavityofCalfProsthesisGrade:201

2、5Candidate:FengXiaohuaAcademicDegreeAppliedfor:MasterDegreeSpeciality:MechanicalDesignandTheorySupervisor:AssociateProf.WuXiaoMay.2018西南交通大学硕士研究生学位论文第III页西南交通大学硕士研究生学位论文第IV页西南交通大学硕士研究生学位论文第V页摘要假肢是代偿肢体功能，帮助残肢患者重返社会的重要工具。然而由于假肢的重要部件——接受腔仍旧需要人工设计制作，使其价格高昂，普通人难以负担。因此，降低假肢制造成本和优化接受腔制造流程具有十分重要的社会意义和

3、应用价值。论文针对目前假肢接受腔制作成本过高和过度依赖制作人员技术水平的问题，在国内外学者的研究基础上，以截肢患者人数最多的小腿假肢为例，利用CT扫描技术获得小腿残肢形状数据，结合图像处理、三维仿真和有限元分析等技术，对小腿假肢接受腔的数字化设计方案进行研究，优化接受腔的修型过程。主要研究内容如下：（1）接受腔数字化设计方案的建立。针对残肢的生理解剖结构，分析残肢各部位组织结构的生物力学特性，根据皮下组织的不同将残肢表面进行分区，判定主要承重区和非承重区，并结合Rogers-Wilson’s曲线，设定残肢表面受压上限。最后结合计算机技术、快速成型技术，针对传统假肢接受腔制作流程的不

4、足，设计假肢接受腔数字化设计方案。（2）残肢/接受腔有限元模型的建立。先是利用CT扫描技术获取残肢形状数据，然后进行图像处理，利用光线投射算法进行三维重建，得到残肢/接受腔的几何模型。然后针对残肢/接受腔的几何模型进行网格划分，优化网格质量，建立残肢和接受腔的有限元模型。（3）分析残肢在步态周期中的受力情况。分析人的行走过程，计算残肢在步态周期中的受力，并基于灰度值精确赋予残肢材料属性，然后通过有限元仿真分析得到残肢/接受腔模型在步态周期内的界面压力。（4）阳模模型的修整与有限元仿真的结合。分析残肢修整对残肢整体受力的影响，并结合残肢在步态周期中的受力情况对残肢模型进行修整。然后分

5、析修整后的残肢/接受腔模型的界面压力，确定其临界应力是否符合设计标准，得到功能良好的接受腔模型。最后将仿真结果与实验结果进行对比分析，验证方案的可行性。论文针对假肢的数字化设计制造问题，提出了小腿假肢的数字化设计制造方案，并针对其中的部分关键技术开展了研究，可以为假肢接受腔的数字化制造系统的建立提供一定的技术参考。关键词：接受腔；数字化；三维建模；有限元分析；阳模修型西南交通大学硕士研究生学位论文第VI页AbstractProstheticsareimportanttoolsforcompensatinglimbfunctionandhelpingpatientswithresid

6、uallimbstoreintegrateintosociety.However,duetotheimportantpartoftheprosthesis,thereceivingcavitystillneedstobemanuallydesignedtomakeitexpensive,whichisdifficultforordinarypeopletoafford.Therefore,itisofgreatsocialsignificancetoreducethemanufacturingcostofartificiallimbsandoptimizethemanufactur

7、ingprocessofthereceivingcavity.Inviewofthecurrenthighproductioncostoftheprostheticsocketandexcessivedependenceonthetechnicalleveloftheproductionstaff,basedontheresearchofdomesticandforeignscholars,takingthecalfprosthesiswiththelargestnu