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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:程大維
研究生(外文):Da-WeiCheng
論文名稱:小腿義肢承筒設計之介面系統
論文名稱(外文):The Development of Computer-Aided Transtibial Socket Design System
指導教授:許來興
指導教授(外文):Lai-Hsing Hsu
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:機械工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:69
中文關鍵詞:小腿義肢承筒介面系統快速成型機MFCOpenGL
外文關鍵詞:Transtibial SocketInterface design systemRapid prototyping(RP)MFCOpenGL
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傳統手工臏骨韌帶承重式小腿義肢承筒,需經驗豐富的義肢師配合患者殘肢受壓區與非受壓區的狀況修整殘肢石膏模型,因過程相當複雜,導致承筒品質參差不齊;而且義肢師培訓時間長,經驗豐富的義肢師甚為缺乏。本研究嘗試利用電腦輔助設計取代傳統的手工修整石膏模型所需之技術,以協助經驗不多的義肢師也可以製作出小腿截肢患者滿意的義肢承筒。
本研究發展CAD/RP小腿義肢承筒製程之介面系統軟體,配合受壓區與非受壓區軟墊黏貼,經由壓力取模,設計小腿義肢承筒模型。透過簡單的設計步驟,期待設計出品質穩定的小腿義肢承筒模型。利用簡易程序設計來減少培訓技術人力的時間,並保留承筒模型資料,提供患者使用後改善的依據。
本介面系統使用Microsoft Visual Studio 2010以及OpenGL函式庫做為開發工具,並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。使用已受壓殘肢模型STL檔進行殘肢定位、分層濾點、點資料偏移、建構承筒底座、薄殼化等設計步驟,產生小腿義肢承筒陽模STL檔,配合快速成型機(Rapid Prototyping,RP)之應用進行輸出,最後交由義肢師製作承筒。
經兩位病患案例研究證實,本介面系統所設計之小腿義肢承筒模型,其組裝完成之義肢,經患者穿戴後,主觀感受比手工義肢承筒更舒適;且介面壓力量測結果亦顯示,在受壓區與非受壓區皆有更好表現,證明本研究所發展的小腿義肢承筒模型設計雛型系統是可行的。
本介面系統軟體配合CAD/RP製程,能有效簡化小腿義肢承筒修模過程,不需修整複雜的受壓區與非受壓區,且軟體使用簡便,不須經驗豐富的義肢師也可以操作並設計出可被接受的小腿義肢承筒。

The traditional manual patellar tendon bearing socket will be made of the complexity of the shape modification, the modification experiences of a prosthetist with the stump of pressure-tolerant areas and pressure-relief areas, so the quality of the socket is uneven. Furthermore, the patient calls for a prosthetist with a great deal of maturity, and it takes the long time to train technicians.
This research develops a interface system of CAD/RP transtibial socket process which designing transtibial socket. This system designs transtibial socket mode through forming vacuum with the cushion sticker of pressure-tolerant areas and pressure-relief areas. This system is expected to bring the stability of the quality of transtibial socket and shortens the time for manufacturing through simple design procedure. This simple and convenient procedure shortens the time for training technical personnel and can store the digital data of a transtibial socket. The digital socket mold data can be the basis for improvement by the prosthetist.
The interface system uses OpenGL and Microsoft Visual Studio 2010. The interface system is a MFC program by using the object-oriented programming concepts. The surface system is developed by a user’s view point. The design steps of the surface system are aligning the stump model, filtering the stump points data, offsetting the stump points data, extending the socket base and producing a STL file of a male mold of transtibial socket. Then the STL file inputs a rapid prototyping machine to duplicate the socket mold, and finally assembles a transtibial prosthesis by an experienced prosthetist.
The two case studies confirmed that this interface system designed two transtibial socket molds are similar to manual patellar tendon bearing sockets by two patients wearing. Two cases are no discomfortable conditions. Two cases prove that the design system model of the transtibial socket model is feasible.
The interface system with the CAD/RP process can effectively simplify the complexity of the shape modification of transitibal socket mode without repairing the pressure-tolerant area and pressure-relief area of stump. The software easy to use. A unpracticed prosthetist can use the interface system to design transitibal socket which is acceptable.

摘要 I
Abstract II
誌謝 IV
目錄 V
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 小腿義肢 1
1.3 研究動機與目的 2
1.4 論文架構 4
第二章 文獻回顧 5
2.1 小腿義肢承筒設計概念 5
2.2 傳統手工髕骨韌帶承重式小腿義肢承筒製程 6
2.3 壓力取模 8
2.4 小腿義肢承筒設計軟體 9
2.5 掃描殘肢模型 11
第三章 小腿義肢承筒模型設計方法 12
3.1 受壓殘肢模型 13
3.2 定位殘肢模型 16
3.3 分層濾點 18
3.4 向外偏移 20
3.5 建立底座 21
3.6 薄殼化 23
3.7 STL檔案格式編碼 23
3.8 承筒陽模STL檔 26
3.9 平滑化 27
第四章 小腿義肢承筒模型介面系統設計 30
4.1 視窗建立 30
4.2 分隔視窗建立 31
4.3 建立繪圖區 34
4.4 建立工具列 37
4.5 視角轉換 39
4.6 承筒設計功能配置 42
第五章 案例研究 44
5.1 受壓殘肢模型 44
5.2 承筒模型設計 47
5.3 承筒製作與義肢裝配 55
5.4 承筒試穿與壓力測試 60
第六章 結論 66
6.1 研究成果與討論 66
6.2 未來展望 67
參考文獻 68
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