一种漏斗胸矫正装置及其配件建模方法与流程

1.本发明涉及一种漏斗胸矫正装置及其配件建模方法，属于医用矫形器具的技术领域。


背景技术：

2.漏斗胸是一种先天性疾病，漏斗胸的外型特征为前胸凹陷，肩膀前伸，略带驼背以及上腹突出，患者由于胸骨吸入性凹陷，致使前胸壁状似漏斗，心脏受压移位，肺也因胸廓畸形而运动受限，从而影响患者的心肺功能。
3.漏斗胸矫正装置是常见的辅助治疗器械，现有技术的漏斗胸矫正装置常采用负压技术，但是负压在实际运行中容易漏气，在实际使用的过程中，漏气会导致装置失效，从而失去治疗效果。
4.现有技术申请号为cn202010787456.2的专利文件公开了一种带负压理疗的漏斗胸矫正装置，包括吸盘、三通、与三通连接用以监测气压的压力监测设备、负压球，以及用于泄压的泄压装置，所述三通包括三个通道，分别为第一通道、第二通道，以及第三通道，其中第一通道通过软管与吸盘连通，第二通道与负压球连通，所述泄压装置设于第三通道上；所述泄压装置包括螺纹连接在第一通道上的放气旋钮、嵌设于放气旋钮内底壁上且与第三通道端部抵紧的橡胶圈，以及设于放气旋钮内用以对放气旋钮进行限位的限位件。
5.现有技术的漏斗胸矫正装置存在易漏气等问题，因此，本发明提供一种漏斗胸矫正装置及其配件建模方法用于解决上述问题。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本发明提供一种漏斗胸矫正装置及其配件建模方法。
7.本发明技术方案如下：
8.一方面，本发明提供一种漏斗胸矫正装置，包括外吸盘，所述外吸盘上固定设置有两背带组，所述外吸盘内设置有内吸盘，所述内吸盘负压出气端连通有连接件，所述连接件一端穿出外吸盘且与外吸盘固定连接，所述外吸盘和内吸盘远离连接件的一端分别固定连接有外弹性件和内弹性件，所述外弹性件和内弹性件用于与人体贴合；所述连接件穿出端连通有第一三通管，所述第一三通管一端连通有负压管，另一端连通有手动泄压阀，所述负压管一端连通有负压发生器；
9.其中，所述外弹性件和内弹性件为对应用户的胸部形状进行适配性三维建模和3d打印而成的。
10.作为优选，所述负压发生器包括壳体，所述壳体外固定安装有数显压力表和显示屏，所述壳体内固定设置有控制电路板和负压泵，所述控制电路板与显示屏通讯连接，所述控制电路板与负压泵电连接，所述负压泵连通有第二三通管，所述负压管一端插入壳体与第二三通管一端连通，所述第二三通管顶端与数显压力表输入端连通。
11.作为优选，所述背带组包括第一背带和第二背带，所述第一背带和第二背带均为
弹性带，所述第一背带和第二背带一端均与外吸盘固定连接，另一端为自由端，所述第一背带自由端与第二背带相靠近的一侧固定设置有魔术贴钩面，所述第二背带自由端与第一背带相靠近的一侧固定设置有魔术贴背面。
12.作为优选，所述背带组包括第一背带、第二背带、第一固定框和第二固定框，所述第一固定框和第二固定框内分别固定设置有第一横板和第二横板，所述第一背带一端与外吸盘固定连接，另一端绕过第一横板和第二横板后与第一横板固定连接，所述第二背带一端与外吸盘固定连接，另一端与第二固定框固定连接。
13.作为优选，所述连接件外设有螺纹，所述连接件与外吸盘螺纹连接，所述连接件穿出端螺纹连接有螺母，所述内吸盘通过连接件和螺母与外吸盘固定连接。
14.作为优选，所述外吸盘远离连接件一端的外周开有一圈第一卡槽，所述外弹性件顶端与第一卡槽相适配且卡接在第一卡槽内，所述外弹性件顶端外设置有一圈外箍圈，所述外箍圈顶端均布设置有多个外固定耳，所述外固定耳上均螺纹连接有外螺栓，所述外螺栓一端均插入外吸盘且与外吸盘螺纹连接；所述内吸盘远离连接件一端的外周开有一圈第二卡槽，所述内弹性件顶端与第二卡槽相适配且卡接在第二卡槽内，所述内弹性件顶端外设置有一圈内箍圈，所述内箍圈顶端均布设置有多个内固定耳，所述内固定耳上均螺纹连接有内螺栓，所述内螺栓一端均插入内吸盘且与内吸盘螺纹连接。
15.另一方面，本发明还提供一种漏斗胸矫正装置的配件建模方法，所述配件为如本发明任一实施例所述的漏斗胸矫正装置中的外弹性件和内弹性件，建模方法包括以下步骤：
16.获取用户漏斗胸部位的第一点云数据，所述用户漏斗胸部位的第一点云数据为利用双目视觉扫描设备，基于双目视觉技术扫描用户漏斗胸部位得到；
17.获取用户漏斗胸部位的第二点云数据，所述用户漏斗胸部位的第二点云数据为利用同心圆激光定位仪，在用户漏斗胸部位产生多道同心圆激光线条，并获取各激光线条的点云数据得到；
18.将漏斗胸部位的第一点云数据与第二点云数据进行点云配准，以获取第一点云数据与第二点云数据之间的变换关系；
19.基于第一点云数据与第二点云数据之间的变换关系，对第一点云数据与第二点云数据进行点云拼接，获取用户漏斗胸部位的精点云数据；
20.根据用户漏斗胸部位的精点云数据生成用户的漏斗胸部位的三维模型，并基于用户的漏斗胸部位模型生成外弹性件和内弹性件的三维模型；
21.根据外弹性件和内弹性件的三维模型，利用3d打印设备进行三维打印。
22.作为优选，所述将漏斗胸部位的第一点云数据与第二点云数据进行点云配准，以获取第一点云数据与第二点云数据之间的变换关系的方法具体为：
23.采用采样一致性初始配准算法，计算第一点云数据与第二点云数据之间的粗变换矩阵；
24.采用迭代最近点算法，以所述粗变换矩阵为初始变换，不断寻找第一点云数据与第二点云数据的对应关系点集和计算对应点集之间的最优刚体变换矩阵，以寻找最优匹配。
25.再一方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并
可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明任一实施例所述的漏斗胸矫正装置的配件建模方法。
26.再一方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明任一实施例所述的漏斗胸矫正装置的配件建模方法。
27.本发明具有如下有益效果：本发明通过内吸盘和外吸盘的设置，在内吸盘漏气时，外吸盘还输出密封状态，从而可以形成双重保护，防止漏气现象的发生；
28.本发明通过背带组的设置，增加了本发明的适用性，可辅助将外吸盘和内吸盘更好的固定在人体上；
29.本发明通过负压发生器的结构设置，使得负压发生器具备触控、显示、负压产生的功能于一体，增加了本发明的可视性和功能性；
30.本发明通过外弹性件和内弹性件，可以更好的贴合人体，从而起到良好的密封效果，通过设置外箍圈和内箍圈，可以对外弹性件和内弹性起到良好的固定作用；
31.本发明通过背带组的结构设置，使得本发明的第一背带和第二背带可调，适用不同的人群。
32.本发明的外弹性件和内弹性件，为对应用户的胸部形状进行适配性三维建模和3d打印而成，具有良好的适配性。
附图说明
33.图1为本发明中外吸盘和内吸盘的爆炸图；
34.图2为本发明中外吸盘和内吸盘的全剖主视图；
35.图3为本发明中外吸盘的结构示意图；
36.图4为本发明的整体结构示意图；
37.图5为本发明中负压发生器的结构示意图；
38.图6为本发明实施例1中背带组的连接结构示意图；
39.图7为本发明实施例2中背带组的连接结构示意图；
40.图8为本发明实施例3的方法流程图。
41.其中附图标记为：10、外吸盘；101、外弹性件；102、外箍圈；103、外固定耳；104、外螺栓；105、第一卡槽；11、内吸盘；111、内弹性件；112、内箍圈；113、内固定耳；114、内螺栓；115、第二卡槽；12、连接件；121、螺母；13、背带组；131、第一背带；132、第二背带；133、第一固定框；134、第一横板；135、第二固定框；136、第二横板；137、魔术贴钩面；138、魔术贴背面；20、第一三通管；21、负压管；22、手动泄压阀；30、负压发生器；31、壳体；32、负压泵；33、第二三通管；34、数显压力表；35、控制电路板；36、显示屏；40、底座；41、电动升降杆；42、安装平台；43、扫描仪。
具体实施方式
42.下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
43.实施例1：
44.如图1-6所示，本实施例的漏斗胸矫正装置，包括外吸盘10，外吸盘10上固定设置有两背带组13，外吸盘10内设置有内吸盘11，内吸盘11负压出气端连通有连接件12，连接件
12一端穿出外吸盘10且与外吸盘10固定连接，外吸盘10和内吸盘11远离连接件12的一端分别固定连接有外弹性件101和内弹性件111，外弹性件101和内弹性件111用于与人体贴合；连接件12穿出端连通有第一三通管20，第一三通管20一端连通有负压管21，另一端连通有手动泄压阀22，负压管21一端连通有负压发生器30；
45.其中，所述外弹性件101和内弹性件111为对应用户的胸部形状进行适配性三维建模和3d打印而成的。
46.作为本实施例的优选实施方式，负压发生器30包括壳体31，壳体31外固定安装有数显压力表34和显示屏36，壳体31内固定设置有控制电路板35和负压泵32，控制电路板35与显示屏36通讯连接，控制电路板35与负压泵32电连接，负压泵32连通有第二三通管33，负压管21一端插入壳体31与第二三通管33一端连通，第二三通管33顶端与数显压力表34输入端连通。
47.作为本实施例的优选实施方式，背带组13包括第一背带131、第二背带132、第一固定框133和第二固定框135，第一固定框133和第二固定框135内分别固定设置有第一横板134和第二横板136，第一背带131一端与外吸盘10固定连接，另一端绕过第一横板134和第二横板136后与第一横板134固定连接，第二背带132一端与外吸盘10固定连接，另一端与第二固定框135固定连接。
48.作为本实施例的优选实施方式，连接件12外设有螺纹，连接件12与外吸盘10螺纹连接，连接件12穿出端螺纹连接有螺母121，内吸盘11通过连接件12和螺母121与外吸盘10固定连接。
49.作为本实施例的优选实施方式，外吸盘10远离连接件12一端的外周开有一圈第一卡槽105，外弹性件101顶端与第一卡槽105相适配且卡接在第一卡槽105内，外弹性件101顶端外设置有一圈外箍圈102，外箍圈102顶端均布设置有多个外固定耳103，外固定耳103上均螺纹连接有外螺栓104，外螺栓104一端均插入外吸盘10且与外吸盘10螺纹连接；内吸盘11远离连接件12一端的外周开有一圈第二卡槽115，内弹性件111顶端与第二卡槽115相适配且卡接在第二卡槽115内，内弹性件111顶端外设置有一圈内箍圈112，内箍圈112顶端均布设置有多个内固定耳113，内固定耳113上均螺纹连接有内螺栓114，内螺栓114一端均插入内吸盘11且与内吸盘11螺纹连接。
50.实施例2：
51.如图1-5和7所示，本实施例的漏斗胸矫正装置，包括外吸盘10，外吸盘10上固定设置有两背带组13，外吸盘10内设置有内吸盘11，内吸盘11负压出气端连通有连接件12，连接件12一端穿出外吸盘10且与外吸盘10固定连接，外吸盘10和内吸盘11远离连接件12的一端分别固定连接有外弹性件101和内弹性件111，外弹性件101和内弹性件111用于与人体贴合；连接件12穿出端连通有第一三通管20，第一三通管20一端连通有负压管21，另一端连通有手动泄压阀22，负压管21一端连通有负压发生器30。
52.作为本实施例的优选实施方式，负压发生器30包括壳体31，壳体31外固定安装有数显压力表34和显示屏36，壳体31内固定设置有控制电路板35和负压泵32，控制电路板35与显示屏36通讯连接，控制电路板35与负压泵32电连接，负压泵32连通有第二三通管33，负压管21一端插入壳体31与第二三通管33一端连通，第二三通管33顶端与数显压力表34输入端连通。
53.作为本实施例的优选实施方式，背带组13包括第一背带131和第二背带132，第一背带131和第二背带132均为弹性带，第一背带131和第二背带132一端均与外吸盘10固定连接，另一端为自由端，第一背带131自由端与第二背带132相靠近的一侧固定设置有魔术贴钩面137，第二背带132自由端与第一背带131相靠近的一侧固定设置有魔术贴背面138。
54.作为本实施例的优选实施方式，连接件12外设有螺纹，连接件12与内吸盘11固定连接，连接件12与外吸盘10螺纹连接，连接件12穿出端螺纹连接有螺母121，内吸盘11通过连接件12和螺母121与外吸盘10固定连接。
55.作为本实施例的优选实施方式，外吸盘10远离连接件12一端的外周开有一圈第一卡槽105，外弹性件101顶端与第一卡槽105相适配且卡接在第一卡槽105内，外弹性件101顶端外设置有一圈外箍圈102，外箍圈102顶端均布设置有多个外固定耳103，外固定耳103上均螺纹连接有外螺栓104，外螺栓104一端均插入外吸盘10且与外吸盘10螺纹连接；内吸盘11远离连接件12一端的外周开有一圈第二卡槽115，内弹性件111顶端与第二卡槽115相适配且卡接在第二卡槽115内，内弹性件111顶端外设置有一圈内箍圈112，内箍圈112顶端均布设置有多个内固定耳113，内固定耳113上均螺纹连接有内螺栓114，内螺栓114一端均插入内吸盘11且与内吸盘11螺纹连接。
56.实施例3：
57.一种漏斗胸矫正装置的配件建模方法，所述配件为如本发明任一实施例所述的漏斗胸矫正装置中的外弹性件和内弹性件，建模方法包括以下步骤：
58.获取用户漏斗胸部位的第一点云数据，所述用户漏斗胸部位的第一点云数据为利用双目视觉扫描设备，基于双目视觉技术扫描用户漏斗胸部位得到；在本实施例中，该双目视觉扫描设备具体采用azure kinect dk设备；
59.获取用户漏斗胸部位的第二点云数据，所述用户漏斗胸部位的第二点云数据为利用同心圆激光定位仪，在用户漏斗胸部位发射同心圆激光束，激光束在前胸凹陷周围形成多道同心圆激光线条，并获取各激光线条的点云数据得到；同心圆激光线条上每个点的高度，即为实际空间高度，利用同心圆激光定位仪对精度要求较高的特征以及azure kinect dk无法获取的特征信息进行二次测量；
60.将漏斗胸部位的第一点云数据与第二点云数据进行点云配准，以获取第一点云数据与第二点云数据之间的变换关系，因第二点云数据具有较高的位置精确度，通过点云配准获取第一点云数据与第二点云数据之间的变换关系，实现第一点云数据与第二点云数据的坐标对齐，提高第一点云数据的数据精度；
61.基于第一点云数据与第二点云数据之间的变换关系，对第一点云数据与第二点云数据进行点云拼接，获取用户漏斗胸部位的精点云数据；
62.根据用户漏斗胸部位的精点云数据生成用户的漏斗胸部位的三维模型，并基于用户的漏斗胸部位模型生成外弹性件和内弹性件的三维模型；
63.根据外弹性件和内弹性件的三维模型，利用3d打印设备进行三维打印，获取外弹性件和内弹性件的实体，以装配在漏斗胸矫正装置上。
64.本实施例结合低精度azure kinect dk的简单快速三维重建和高精度激光测距，不仅可以弥补视觉测量精度不高的问题，而且还能有效修补边界、凹孔等丢失的点云数据，同时提高了测量效率，为漏斗胸模型采集提供一种新的技术和手段。
65.作为本实施例的优选实施方式，所述将漏斗胸部位的第一点云数据与第二点云数据进行点云配准，以获取第一点云数据与第二点云数据之间的变换关系的方法具体为：
66.采用采样一致性初始配准算法(sac-ia)，计算第一点云数据与第二点云数据之间的粗变换矩阵；
67.为能更好的获得点云的几何特征信息，选取快速点特征直方图(fpfh)作为特征描述子，它是点特征直方图(pfh)的快速简化模型。pfh计算点与邻域点之间的空间几何关系，并形成一个多维直方图对点的k邻域几何属性进行描述。
68.针对密集点云的pfh计算效率低，采用简化的点特征直方图(spfh)，此方法并不需要计算邻域内所有两点之间的角度特征，只需要计算查询点与邻域内的其他点之间的角度偏差，随后使用邻近的spfh值来计算最终的fpfh，如下公式：
[0069][0070]
式中：ωi表示查询点p到邻域点pi的距离。
[0071]
采样一致性初始配准算法(sac-ia)是一种基于点云特征的粗配准方法，根据局部特征进行两站点云的特征匹配，最终找出同样特征点云之间的对应关系，求解出两站点云的变换矩阵。sac-ia算法的具体流程如下：
[0072]
s101、计算各自点云的方向信息：n
p
,nq，再计算出各自点云的fpfh：f
p
,fq，其中p为第一点云数据，q为第二点云数据。
[0073]
s102、在第一点云数据p中随机采样m个点：p1,p2,p3,
……
,pm,采样点距离需满足设定的最小阈值d
min
。
[0074]
s103、在第二点云数据q中寻找(2)中m个点的fpfh相近的m个点：q1,q2,q3,
……
,qm[0075]
s104、奇异值分解法计算m组点的刚体变换矩阵t，并将该矩阵应用到第一点云数据上：p
′
＝p
×
t。
[0076]
s105、计算p
′
与q之间的配准误差，储存对应的变换矩阵t和特征点欧式误差矩阵ε
dist
。
[0077]
s106、迭代第s302-s305步骤从而选出误差最小对应的粗变换矩阵，当达到最大迭代次数时停止。
[0078]
采用迭代最近点算法(icp)，以所述粗变换矩阵为初始变换，不断寻找第一点云数据与第二点云数据的对应关系点集和计算对应点集之间的最优刚体变换矩阵，以寻找最优匹配，具体为：
[0079]
s201、对点集a(第一点云数据)中每一个点p
ai
施加初始变换t0(粗变换矩阵)，得到p
ai
′
；
[0080]
s202、从点集b(第二点云数据)中寻找距离点p
ai
′
最近的点p
bi
，形成对应的点对；
[0081]
s203、求解最优变换δt，计算公式如下：
[0082][0083]
上式中，r和t为旋转矩阵的参数。
[0084]
s204、根据前后两次的迭代误差以及迭代次数等条件判断是否收敛。如果收敛，则输出最终结果：t＝δt*t0，否则t0＝δt*t0，重复上述步骤。
[0085]
实施例4：
[0086]
本实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明任一实施例所述的漏斗胸矫正装置的配件建模方法。
[0087]
实施例5：
[0088]
本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明任一实施例所述的漏斗胸矫正装置的配件建模方法。
[0089]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。