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研究生: 葉少彬
Ip, Sio-Pan
論文名稱: 可編修小腿義肢承筒模型形狀之介面系統
A Computer Aided Design System Capable of Shape Modification for Transtibial Socket Model
指導教授: 許來興
Hsu, Lai-Hsing
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 機械工程學系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 96
中文關鍵詞: 小腿義肢承筒視窗程式設計3D列印機MFCOpenGL
外文關鍵詞: Transtibial Socket, Windows Programming, 3D Printer, MFC, OpenGL
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  • 傳統手工製作小腿義肢承筒是很需要經驗豐富的義肢師來確保製作品質。在今天的台灣,有很多黑手行業都面臨人才流失,缺乏新血加入,義肢師傅也很難招到年輕學徒。面臨青黃不接之時,年輕的義肢師要製造出品質穩定,且又能讓使用者長期安心使用是很困難的。在目前台灣沒有任何義肢裝具的相關學系,現有的義肢裝具師多是從台灣以外修得義肢裝具的相關學位後再回台灣服務。換句話說,要培養出一個能獨立完成小腿義肢承筒的義肢裝具師需要長久的時間。
    本研究要開發一套軟體來協助經驗不足的義肢師可以製造出品質穩定且能讓使用者安心使用的小腿義肢承筒。透過圖示化的介面與簡單的操作流程,讓義肢師樂於使用。
    本軟體使用Microsoft Visual Studio 2012與OpenGL函式庫做為開發工具,運用物件導向程式設計概念進行MFC應用程式系統設計,以簡便的設計流程與人性化介面為目標。本軟體能夠讀取三維掃描機檔案格式,通過對殘肢模型的編修,設計出小腿義肢承筒,輸出STL檔,接著由3D列印機輸出承筒模型,由義肢師裝配成小腿義肢,就能快速製造品質穩定且讓使用者安心使用。
    在案例研究中,運用本軟體設計的小腿義肢承筒,經過壓力量測分析,再由義肢師的檢驗與使用者的主觀感受,證明本研究的小腿義肢承筒是可行的。

    Traditionally, a transtibial socket must be made from a complex process of shape modifications by a prosthetist based on manual method. The product quality of sockets depends on the skills and experience of a prosthetist It needs an experienced hand craftsmanship and a plaster socket mold is modified based upon the needs of each specific stump. In addition, the fabrication of a transtibial socket requires a prosthetist with a great deal of experience, and it takes a long time to train a prosthetist.
    The aim of this research is to develop a set of software to assist an inexperienced prosthetist so that transtibial sockets can be produced to meet the amputees’ needs. This research develops a special interface system only for the transtibial sockets design. By the dialogs step by step, users can design socket’s shape easily. The quality of the socket is stable. Users can save the socket model date for recording, and it will be much easy for improves the socket shape in future’s work. The scanning amputation 3D data can help prosthesis tracing the situation of amputee.
    This research’s software is developed with Microsoft Visual Studio 2012 and OpenGL with the concept of object-oriented programming (OOP). Users can design the socket simply. Output the STL data to a 3D printer and finally produce a transtibial socket by a prosthetist.
    The two case studies confirmed that the design system model of the transtibial socket model is feasible.

    目錄 摘要 I 誌謝 VI 圖目錄 X 表目錄 XV 第一章 緒論 1 1.1前言 1 1.2研究動機與目的 2 1.3論文架構 3 第二章 文獻回顧 4 2.1小腿義肢承筒設計概念 4 2.2傳統小腿義肢承筒製程介紹 6 2.2.1修石膏陽模 8 2.2.2製作承筒 8 2.3 CAD/3DP小腿義肢承筒製程介紹 9 2.3.1掃描系統介紹 10 2.3.2數位修模軟體 11 2.4 程式語言介紹 12 2.4.1微軟基礎類別庫 13 2.4.2物件導向程式設計 13 2.4.3 OpenGL函式庫 14 第三章 小腿義肢承筒模型系統開發流程 15 3.1 系統開發環境選擇 15 3.2 建構MFC視窗框架 15 3.3 建構OpenGL繪圖區 17 3.4 建立選點功能 22 3.4.1干涉檢查法 22 3.4.2 OpenGL SELECTION繪圖模式 23 3.4.3唯一顏色法 23 3.5 建立坐標軸與參考平面 24 3.6 空間旋轉與平移 27 3.7 建立工具列 29 3.8 建立回溯功能 31 第四章 小腿義肢承筒模型設計系統功能理論 32 4.1匯入殘肢模型的點資料 34 4.1.1 OBJ檔格式說明 34 4.1.2 STL檔格式說明 34 4.2 校正殘肢模型坐標系功能 37 4.2.1傳統義肢方位校正方法 37 4.2.2數位義肢方位校正方法 38 4.3分層濾點與等角化 40 4.3.1分層濾點 40 4.3.2等角化 41 4.4點資料向外偏移 43 4.5建立懸吊系統 44 4.5.1傳統手工製作懸吊系統 44 4.5.2數位製作懸吊系統 45 4.6建立底座 48 4.7編修功能 50 4.8切除與填補前後側資料 55 4.8.1切除前後側資料 55 4.8.2填補前後側資料 58 4.9平滑化功能 59 4.9.1拉普拉斯法 59 4.9.2均值濾波法 60 4.10薄殼化 63 4.11匯出承筒模型的點資料 64 第五章 案例研究 66 5.1量測殘肢資料 66 5.2取得殘肢模型 67 5.3由軟體設計承筒模型 70 5.4承筒模型輸出 81 5.5小腿義肢製作 82 5.6承筒試穿與壓力測試 84 第六章 結論 92 6.1研究成果與討論 92 6.2未來展望 93 參考文獻 94 附錄A Tekscan 9801感測片資訊 96

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    下載圖示 校內:2016-08-28公開
    校外:2016-08-28公開
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