周大偉 方新 北京社會管理職業(yè)學(xué)院假肢矯形康復(fù)系 （北京 101601）

假肢矯形行業(yè)是一個傳統(tǒng)的手工行業(yè)，假肢矯形器技師使用石膏繃帶或者人體投影圖獲取人體相關(guān)肢體信息，并通過相應(yīng)的生物力學(xué)原理對肢體信息進(jìn)行修型或者修改以獲得必要的功能[1]。隨著科技的發(fā)展，上世紀(jì)50年代，出現(xiàn)了計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design，簡稱CAD）的概念和研究目標(biāo)，隨后工業(yè)CAD得到了長足的發(fā)展和進(jìn)步。假肢矯形行業(yè)的CAD系統(tǒng)最開始是單一的系統(tǒng)，采用假肢模型庫的概念為患者制作假肢，后來隨著三維掃描技術(shù)的成熟開始使用三維掃描槍獲取患者的肢體形狀并導(dǎo)入計算機進(jìn)行CAD設(shè)計[2]。

1.CAD設(shè)計的數(shù)字模型

數(shù)字模型要進(jìn)行各種方向的修改必須有一個標(biāo)準(zhǔn)。假肢矯形行業(yè)專用軟件基本上都主軸加截面的模式。主軸就是形成人體主干的中心軸，在主軸上每隔0.1～0.5mm就會有一個與主軸呈垂直的截面，在界面上360?方向上分布著數(shù)量不等的半徑，半徑數(shù)量越多，三維模型就會越精細(xì)，但是數(shù)據(jù)處理量就越大[3]。一般情況下半徑數(shù)量是100，即每隔3.6?一個半徑。通過調(diào)整不同截面不同方向的半徑就可以對三維模型進(jìn)行任何形狀的修改。

2.假肢矯形行業(yè)專用CAD軟件

現(xiàn)在在國際上已經(jīng)出現(xiàn)了各種各樣的假肢矯形行業(yè)專用CAD軟件，他們與工業(yè)CAD軟件相比更加簡單易用，并且符合假肢矯形修型的方式和方法。便于假肢矯形技師使用個人經(jīng)驗將數(shù)字人體模型按照自己的方法進(jìn)行修改。功能模塊基本上分為修型工具、基本工具和特殊模塊。

2.1 修型工具

修型工具是對人體模型進(jìn)行特別方向上的修改，共計有14種。分別為半徑修改、彎曲、伸長、扭轉(zhuǎn)、平移、對稱、鏡像、合并、克隆、平衡、測量、區(qū)域、手模、區(qū)域光滑。其中半徑修改、區(qū)域、手模、區(qū)域光滑為主要模型局部方向修改。半徑修改需要確定半徑修改的截面止范圍，并給出半徑方向，半徑修改數(shù)值。區(qū)域工具是采用鼠標(biāo)打點的方式確定修改范圍，并給出范圍內(nèi)的最高點或最低點，給出最高點或者最低點數(shù)值。同理手模采用了更為隨意的方式，直接使用鼠標(biāo)畫出一個范圍，根據(jù)給出的數(shù)值確定范圍內(nèi)的形狀凸起或者凹陷。例如給一名小腿截肢患者制作小腿假肢接受腔，就必須使用區(qū)域工具確髕韌帶的位置并進(jìn)行修減，對股骨外側(cè)髁使用半徑修改工具進(jìn)行整體修減，對脛骨嵴內(nèi)外兩側(cè)壓力面使用手模工具進(jìn)行壓力修減。最后進(jìn)行區(qū)域光滑。彎曲、伸長、扭轉(zhuǎn)、平移是對模型進(jìn)行整體方向上的修改。例如對于脊柱側(cè)彎患者，在石膏陰型上技師都要進(jìn)行切開矯正，矯正的方法無非就是對側(cè)彎凹側(cè)進(jìn)行反向彎曲、凸側(cè)反向扭轉(zhuǎn)，并對腋窩處進(jìn)行力的提升。使用假肢矯形行業(yè)軟件進(jìn)行數(shù)字陽型的調(diào)整就比技師在石膏陰型上容易的多。同半徑修改工具一樣，確定數(shù)字陽型需要調(diào)整的上下截面，給出方向和數(shù)值就可以進(jìn)行任何方向的彎曲、扭轉(zhuǎn)、拉伸、平移。每一個調(diào)整都可以實時可視化，并于原始模型進(jìn)行對比。對稱、鏡像、合并、克隆、平衡、測量工具是針對特殊的修型方法進(jìn)行的。例如在做脊柱矯形器時技師往往要修髂嵴，在髂嵴內(nèi)側(cè)加壓，髂嵴骨骼上進(jìn)行修補免荷，使矯形器能牢固的卡住人體骨盆起到根基的作用。髂嵴是對稱的，技師手法修型很大達(dá)到這樣的效果，采用軟件的對稱功能就能很容易達(dá)到這樣的效果。鏡像是將患者的左腿鏡像成右腿，這對打磨單側(cè)截肢患者裝飾海綿很有用。合并可以將各種模型組合到一塊形成一個復(fù)雜的模型，例如制作一個帶大腿口型圈的托馬斯長腿矯形器，就可以將一個大腿假肢接受腔與患者的殘肢組合到一起。克隆可以將肢體的一個任何區(qū)域按照中心軸對稱到另外一側(cè)，這個工具對于小孩的偏頭很有用。測量分為矯形器測量和大腿假肢測量，采用固定的格式分別測量患者的肢體尺寸，從軟件模型庫中調(diào)用相應(yīng)的矯形器模型和大腿假肢模型，輸入尺寸后模型立即變化成患者的肢體形狀。

2.2 基本工具

基本工具是假肢矯形行業(yè)CAD軟件比較特殊的地方之一。為了照顧行業(yè)從業(yè)人員普遍學(xué)歷偏低，計算機知識操作不熟練的特點，軟件采用了擬人化的方法設(shè)計了一些類似手工才做的功能。例如：手工鋸、校平、石膏調(diào)刀、石膏銼、紗網(wǎng)。手工鋸就是可以對部分形狀進(jìn)行去除，校平就是對模型表面又修又補，保持模型表面的平滑程度。石膏調(diào)刀采用鼠標(biāo)點擊方式，鼠標(biāo)在模型哪個地方點擊一下，模型表面可調(diào)區(qū)域內(nèi)就會補出一塊，點擊的越多修補的越多。石膏銼與石膏調(diào)刀原理一樣，功能相反。紗網(wǎng)就是采用鼠標(biāo)對模型進(jìn)行整體砂光。這些工具對于技師來說非常容易上手，而且樂于上手。

2.3 特殊模塊

特殊模塊完全體現(xiàn)的是計算機數(shù)據(jù)處理的優(yōu)勢。常用導(dǎo)入照片、插入測量、邊緣切割、加工仿真等。插入照片主要是將患者照片、X射線或者CT片三維重建形成的骨骼模型插入人體修型模型中，采用不同的透明度可以清晰顯示人體模型與照片中人體的輪廓圖或者X射線中人體的骨骼圖之間的關(guān)系，通過這樣直觀的顯示初步判斷假肢、矯形器的修型方式是否正確，是否符合患者。同時，在軟件模型中可以插入任何一個長度、角度、體積、圍長測量，便于技師對整個模型任何一個尺寸進(jìn)行監(jiān)控。有些軟件還有邊緣切割功能，例如在修型完成的模型中設(shè)計假肢或者矯形器的邊緣線，提取邊緣線后軟件將會顯示整個假肢或者矯形器的樣式，并且可以對已經(jīng)完成熱塑成型的模型直接二次加工切割矯形器。加工仿真就是將設(shè)計好的模型模擬導(dǎo)入數(shù)控加工中心，進(jìn)行模型定位，加工參數(shù)調(diào)整，并生成加工文件。

3.小結(jié)

假肢矯形行業(yè)計算機輔助設(shè)計軟件修型功能必須要和假肢矯形器技師的工作習(xí)慣緊密的聯(lián)系起來。如果脫離了技師的工作習(xí)慣，再好的軟件、再好的功能模塊，技師也很難上手使用，他們不會拋棄自己的修型方法而從頭學(xué)習(xí)計算機技術(shù)。使用最簡單的功能、最有效的方法才能使計算機輔助設(shè)計軟件完成假肢或者矯形器的修型，才能成為是一款專用的行業(yè)軟件。

[1] Smith DG, Burgess EM. The use of CAD/CAM technology in prosthetics and orthotics––current clinical models and a view to the future[J].J Rehabil Res Dev,2001,38(3):327-334.

[2] Oberg T, Lilja M, Johansson T, Clinical evaluation of traps-tibial prosthesis sockets: a comparison between CAD/CAM and conventionally produced sockets[J].Prosthet Orthot Int,1993,17(3):164-171.

[3] 王喜太,問和平,楊鵬,等.假肢接受腔計算機輔助設(shè)計與制造系統(tǒng)的研制[J].中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2002,17(5):284-286.