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膝关节三维模型重建方法
发布者：LuoYHWSB 发布时间：2009年9月2日
来源：CRTER |
1.膝关节三维数据的采集
采用三角法测量原理对膝关节进行非接触测量。将膝关节模型利用夹具固定在激光扫描仪的工作台上，根据被测对象，扫描参数主要设置为：根据临床医学需求，扫描间距设为 0.5 mm(实际最小扫描间距可达0.01 mm)，沿Z轴的行程为50 mm，垂直扫描[3]。扫描得到的股骨前面和后面及胫骨平台的点云数据。
2.数据处理和曲面构建技术
①数据处理：利用逆向工程软件Geomagic Stdio读入所有测得的点云数据。
②点处理过程：主要包括多视点云的拼合、点云过滤、数据精简和点云分块等。
③曲线处理过程：决定所要创建的曲线类型。曲线可以设计得与点的片段相同，或让曲线更光滑些；由已存在的点创建出曲面；检查/修改曲线，检查曲线与点或其他曲线的精确度、平滑度与连续的相关性。
④曲面处理过程：决定所要创建的曲面类型，可以选择创建的曲面以精确为主或以光滑为主，或两者居中；由点云或曲线创建曲面；检查/修改曲面，检查曲丽与点或其他曲面或特征的精确度、平滑度与连续的相关性。
⑤误差分析：应该考虑被测物对机构引起的综合轨迹误差、逆向工程设计所依据的数据值存在的测量误差、设计中的被测物存在的加工误差、设计中的曲线拟合存在的拟合误差等方面。
⑥曲面生成：通过数据处理后利用Geomagic可以得到股骨曲面和胫骨曲面。
3.利用UG软件进行膝关节骨骼三维实体建模
UG(全称Unigraphics)是美国EDS旗下PLM Solution-UGS公司集 CAD/CAM/CAE于一体的大型集成软件系统。在UG平台上导入前面利用Geomagic软件处理得到的股骨曲面。利用UG软件的布尔运算的功能用股骨曲面去裁截一个实体就得到了股骨实体模型。同样的方法也可以得到非常精确的胫骨实体模型。
4.利用UGNX4.O的加工模块进行膝关节骨骼辅助加工
利用UG软件加工模块，通过设置相应的加工参数，可以自动的为加工膝关节的加工生成数控程序。再利用数控机床进行就能得到个性化的而且精度非常高的膝关节。
①生成膝关节加工的三维刀具路径：导入膝关节骨骼股骨实体模型，进入其加工模块，设置相应的加工参数。便可以生成加工膝关节股骨的三维刀具路径；同样可以得到胫骨的三维刀具路径。
②辅助加工过程动态模拟：利用UG软件的动态模拟加工功能可以看到膝关节辅助加工过程并得到加工后的模型。这样可以检查膝关节的外形和精度是否符合要求。若检查确定其精度外形都符合要求，就可以生成数控代码，直接提供给数控机床进行加工。
③后处理生成数控代码(部分)：以下是生成的部分数控代码，这些代码可以供数控机床直接利用进行加工。
来源：石更强.利用激光扫描和计算机辅助设计/制造技术进行膝关节骨骼的仿生构建[J].中国组织工程研究与临床康复,13(30):5819-5822
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