关键词:
三维形貌
矫形器
Frenet标架
轮廓线
最大绝对误差
传感单元
应变传感
初等函数
摘要:
目的矫形器通过形变产生矫治力从而预防和矫正畸形。矫治力的力点与方向取决于矫形器的形变状况,因此明确矫形器的三维形貌有助于实时优化和调整矫治力,保障其治疗效果。方法将矫形器三维形貌视为其与人体接触产生的不规则柱状曲面,柱面上的点集便可反映矫形器三维形貌。研究先重建柱面上数条轮廓曲线上的点集,再根据多组轮廓线上的点生成用于三维形貌重建的全部点集。采用应变传感单元结合应变-曲率关系对轮廓线上的曲率采样,根据坐标变换及Frenet标架等方法重建出各轮廓线上的点集,最终得到曲面上的数条轮廓线上的点集,用以进行矫形器三维形貌重建。结果仿真表明,对30 cm总长由初等函数叠加和拼接形成的单轮廓线曲率进行5 cm间隔采样,并重建轮廓线点集,重建点位置的最大绝对误差为0.93 cm,最大百分误差为3.10%,平均误差为0.32 cm,平均百分误差为1.08%。增加1倍采样点可将位置最大绝对误差降低45.16%,平均误差降低53.13%。研究发现轮廓线曲率沿其弧长的波动影响重建的效果,不合理的曲率采样分布造成数倍的位置误差,需合理规划采样点分布,以保证重建有效性并降低传感单元数量。结论所提出的矫形器三维形貌重建方法有效、可靠,为后续优化适配矫治力提供了技术支撑。