Nghiên cứu công nghệ thiết kế ngược kết hợp công nghệ CAD CAM trong kỹ thuật cơ y sinh

Tổng quan về thiết kế ngược, công nghệ thiết kế ngược trong kỹ thuật cơ y sinh. Khôi phục mô hình đầu xương ống chân từ dữ liệu hình ảnh chụp cắt lớp CT. Tái tạo lại mô hình bằng công nghệ tạo mẫu nhanh và công nghệ CNC. Tổng quan về thiết kế ngược, công nghệ thiết kế ngược trong kỹ thuật cơ y sinh. Khôi phục mô hình đầu xương ống chân từ dữ liệu hình ảnh chụp cắt lớp CT. Tái tạo lại mô hình bằng công nghệ tạo mẫu nhanh và công nghệ CNC.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Thiên Bách NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ NGƯỢC, KẾT HỢP CÔNG NGHỆ CAD/CAM TRONG KỸ THUẬT CƠ Y SINH Chuyên ngành : Công nghệ Chế tạo máy LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS TRƯƠNG HỒNH SƠN Hà Nội – Năm 2018 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Trương Hoành Sơn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG GS.TS Trần Văn Địch XÁC NHẬN CỦA VIỆN CHUYÊN NGÀNH MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 10 Lý chọn đề tài 10 Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 11 Luận điểm đóng góp luận văn 12 Chương 13 GIỚI THIỆU CHUNG 13 1.1 Tổng quan công nghệ thiết kế ngược 13 1.1.1 Cơng nghệ thiết kế ngược 13 1.1.2 Ưu điểm việc ứng dụng công nghệ thiết kế ngược 14 1.1.3 Ứng dụng công nghệ thiết kế ngược 16 1.2 Công nghệ thiết kế ngược kỹ thuật y sinh 18 1.2.1 Giai đoạn – Đầu vào MRE 21 1.2.2 Giai đoạn – Thu thập liệu 24 1.2.3 Giai đoạn – Phân tích xử lý liệu 26 1.2.4 Giai đoạn – Chế tạo mơ hình thay 29 1.2.5 Các ứng dụng MRE 30 KẾT LUẬN CHƯƠNG 34 Chương 35 KHÔI PHỤC MÔ HÌNH ĐẦU XƯƠNG ỐNG CHÂN TỪ DỮ LIỆU HÌNH ẢNH CHỤP CẮT LỚP CT 35 2.1 Tổng quan 35 2.2 Các công cụ sử dụng 36 2.2.1 Phần mềm 3D – Slicer 37 2.2.2 Phần mềm Blender 39 2.2.3 Phần mềm Geomagic Studio 2012 39 2.3 Khôi phục mơ hình giải phẫu xương ống chân người từ liệu chụp CT 41 2.3.1 Dữ liệu đầu vào để xử lý 41 2.3.2 Sử dụng 3D – Slicer để khôi phục phân đoạn hình dạng 3D 41 2.3.3 Sử dụng phần mềm Blender để làm mượt thô bề mặt 57 2.3.4 Sử dụng phần mềm Geomagic Studio 2012 để hồn thiện mơ hình nâng cao chất lượng bề mặt 62 2.3.5 Kết đánh giá mơ hình sau xử lý 67 KẾT LUẬN CHƯƠNG 69 Chương 70 TÁI TẠO LẠI MƠ HÌNH BẰNG CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH VÀ CÔNG NGHỆ CNC 70 3.1 Công nghệ tạo mẫu nhanh 70 3.1.1 Công nghệ Stereo Lithography Apparatus (SLA) 71 3.1.2 Thiêu kết laser chọn lọc (Selective Laser Sintering - SLS) 72 3.1.3 In phun phản lực 73 3.1.4 Mơ hình hố lắng đọng hợp 73 3.1.5 In 3D 75 3.2 Tái tạo lại mơ hình công nghệ tạo mẫu nhanh 76 3.2.1 Lựa chọn phương pháp vật liệu 76 3.2.2 Xử lý bề mặt sản phẩm 77 3.2.3 So sánh kết đánh giá độ xác 80 3.2.4 Kết luận ứng dụng phương pháp tạo mẫu nhanh 89 3.3 Ứng dụng công nghệ CNC để gia công phần mô hình 90 3.3.1 Tách mặt ngồi mảnh cấy ghép 90 3.3.2 Dùng phần mềm Cimatron E7 để lập trình gia công bề mặt 93 KẾT LUẬN CHƯƠNG 96 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU 97 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Nguyễn Thiên Bách – Tác giả luận văn Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học riêng tơi chưa cơng bố cơng trình khác Các số liệu kết luận văn trung thực TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Thiên Bách DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải RE Reverse Engineering RP Rapid Prototype MRE Medical Reverse Engineering MBE Biomedical Engineering CAD Computer Aided design CAM Computer Aided Manufacturing CNC Computer Numeric Control CAE Computer Aided Engineering CT Computed Tomography MRI Magnetic Resonance Imaging FE Forward Engineering RPD Rapid Prototyping Development NURBS Non Uniform Rational B Spline CMM Coordinate Measuring Machine DICOM Digital Imaging and Communications in Medicine ROI Region of Interest FDM Fused Deposition Manufacturing FEA Finite Element Analysis DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng số Bảng 1.1 Tên bảng Dạng liệu tùy thuộc vào đầu vào MRE Trang 22 So sánh ưu nhược điểm phương pháp tiếp xúc không Bảng 1.2 tiếp xúc 26 Bảng 3.1 Sai số điểm khu vực 83 Bảng 3.2 Sai số điểm khu vực 84 Bảng 3.3 Sai số điểm khu vực 85 \ DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Số hiệu Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Quá trình chuyển vật thể có thật thành vẽ (dữ liệu số) 14 Hình 1.2 Các bước trình MRE 20 Hình 1.3 Sự tác động qua lại bước MRE 21 Hình 1.4 Các loại ứng dụng MRE 31 Hình 2.1 Phần mềm 3D Slicer 38 Hình 2.2 Giao diện người dùng phần mềm 3D - Slicer 42 Hình 2.3 Các modul phần mềm 3D-Slicer 43 Hình 2.4 Tải dạng liệu bệnh nhân lên phần mềm 43 Hình 2.5 Hình ảnh CT phận 44 Hình 2.6 Tùy chỉnh cửa sổ theo dõi hình ảnh 44 Hình 2.7 Modul hiển thị hình ảnh 3D đối tượng 45 Hình 2.8 Kích hoạt hiển thị hình ảnh 45 Hình 2.9 Hình ảnh 3D hiển thị 46 Hình 2.10 Chọn chế độ dạng CT-bone 46 Hình 2.11 Hình ảnh xương chân bệnh nhân 47 Hình 2.12 Điều chỉnh để hình ảnh xương thấy rõ 48 Hình 2.13 Chế độ cắt Crop 49 Hình 2.14 Chọn khu vực lấy mẫu 49 Hình 2.15 Modul Crop 50 Hình 2.16 Miền lấy mẫu lựa chọn 50 Hình 2.17 Chế độ chỉnh sửa – Editor 51 Hình 2.18 Trục tọa độ chỉnh sửa 51 Hình 2.19 Lựa chọn màu hiển thị - Số 52 Số hiệu Tên hình vẽ Trang Hình 2.20 Chế độ chỉnh sửa miền lấy mẫu 54 Hình 2.21 Thay đổi độ lớn công cụ chỉnh sửa 55 Hình 2.22 Chỉnh sửa lớp 55 Hình 2.23 Lưu lựa chọn miền lấy mẫu 56 Hình 2.24 Miền lấy mẫu hiển thị 56 Hình 2.25 Giao diện người dùng phần mềm Blender 57 Hình 2.26 Import mơ hình để chỉnh sửa 58 Hình 2.27 Vị trí lưu file 58 Hình 2.28 Mơ hình từ 3D slicer 59 Hình 2.29 Lựa chọn cơng cụ xử lý 59 Hình 2.30 Modul “smooth” 60 Hình 2.31 Chỉnh sửa độ mịn 60 Hình 2.32 Mơ hình sau chỉnh sửa độ mịn 61 Hình 2.33 Export lại file 61 Hình 2.34 Lưu file 62 Hình 2.35 Giao diện người dùng Geomagic Studio 2012 63 Hình 2.36 Mơ hình import vào 63 Hình 2.37 Khu vực bề mặt chưa tốt 64 Hình 2.38 Cơng cụ chỉnh sửa tay 64 Hình 2.39 Điều chỉnh độ mịn mơ hình 65 Hình 2.40 Sai số mơ hình 66 Hình 2.41 Sai số mơ hình 66 Hình 2.42 Lưu lại file dạng STL 67 Hình 2.43 So sánh bề mặt sau xử lý 68 Hình 3.1 Nguyên lý phương pháp SLA 71 - Sai số chuyển sang định dạng STL: Bản chất định dạng *.stl liệu xấp xỉ mơ hình mặt cong đa diện lưới tam giác Sai số phủ lưới bề mặt phụ thuộc vào số tam giác Định dạng *.stl kiểu định dạng ghép vô số mặt phẳng tam giác cách liên tục, giống cấu tạo bề mặt tinh thể kim cương Trong trường hợp vật mẫu có bề mặt cong kiểu định dạng khiến cho bề mặt vật mẫu không đạt đến mặt cong hồn hảo tệp *.stl dùng thành phần dạng chiều tạo nên độ nhám bề mặt nên không đạt độ nhẵn bề mặt cao phương pháp gia cơng xác khác, hay nói cách khác, điều làm ảnh hưởng đến độ xác hình học vật mẫu tạo mẫu nhanh Hình 3.15 – Sai số chuyển sang *.stl Khi thông số f nhỏ, sai số tệp *.stl với bề mặt mẫu nhỏ Vì vậy, khắc phục sai số cách tăng số lượng mặt phẳng tam giác lên, tức giảm f, nhiên điều làm tăng dung lượng tệp *.stl Tệp lớn làm tăng thời gian phức tạp hóa q trình tạo mẫu - Sai số nguyên lý cắt lát: Đầu vào trình cắt lát mơ hình định dạng *.stl, đầu q trình mơ hình dải phẳng xếp chồng lên nhau, xấp xỉ 86 với mơ hình gốc Đây sai số chất công nghệ gây nên Hình vẽ sau minh họa cụ thể hiệu ứng tạo bậc theo nguyên lý cắt lát RP Bề mặt mẫu không đạt độ nhẵn, đồng thời gây nên sai số hình học Khắc phục tượng cách tạo nên lớp có chiều dày nhỏ Điều lại phụ thuộc lớn vào yếu tố phần mềm cắt lớp, đặc tính vật liệu, đặc tính thiết bị… Hơn nữa, giảm chiều dày lớp làm tăng số lượng lớp, tăng thời gian chế tạo thiết bị RP Thơng thường, mơ hình vật thể cắt lát thành lát cắt cách khoảng gọi bước cắt lát (Hình 3.6) - Các lớp cắt lát với chiều dày tạo lớp bậc thang độ dày Để giảm sai số, cần giảm bước cắt lát, điều làm tăng dung lượng nhớ chi phí thời gian cắt lát Để khắc phục, nhà nghiên cứu đưa số phương pháp cắt lát thích nghi sau:  Phương pháp cắt lát thích nghi cục bộ: định nghĩa vùng riêng với đặc trưng hình học riêng, sau cắt lát phần độc lập với bước cắt lát khác cho phù hợp  Phương pháp cắt lát thích nghi trực tiếp mơ hình CAD: Đầu tiên, vùng bên ngồi tạo hình với lớp mỏng, sau vùng bên điền đầy lớp dày đề hoàn thành trình chế tạo chi tiết Hình 3.16 – Phương pháp cắt lát thích nghi trực tiếp 87 - Sai số q trình chế tạo:  Do co ngót vật liệu q trình đóng rắn: Các cơng nghệ RP thực theo nhóm vật liệu: Vật liệu dạng lỏng: cho phép tạo mẫu có độ xác cao đặc tính chất lỏng tạo lớp có chiều dày nhỏ Độ xác đạt ±0,01 mm Tuy nhiên, công nghệ RP dùng loại vật liệu phức tạp đắt tiền Vật liệu dạng rắn: thường vật liệu mỏng (giấy), dạng sợi, chiều dày lớp cắt chiều dày vật liệu sử dụng tạo nên Không thể tạo đươc lớp có chiều dày nhỏ chiều dày vật liệu.Vật liệu dạng bột: Độ xác vật mẫu sử dụng vật liệu dạng bột chịu ảnh hưởng độ hạt bột Điều khơng thể tạo độ xác cao  Lưu hóa độ: Hóa cứng vật liệu tia laser cần thiết để tạo nên liên kết lớp tạo hình, nhiên gây sai số vị trí kích thước cho hình dạng tạo mẫu  Biên dạng tạo hình: Biên dạng tạo hình tạo thành chùm tia laser quét bề mặt vật liệu tạo hình Mặt cắt ngang biên dạng tạo hình gọi biên dạng tạo hình Biên dạng tạo hình phụ thuộc vào vật liệu tạo hình, chùm tia laser Quá trình tạo hình xem xếp chồng khối vật liệu hình hộp Do biên dạng tạo hình, đoạn thẳng đứng khơng tạo đoạn thẳng mà có dạng cưa Ngồi ra, đường bậc thang khơng tạo hình hồn chỉnh góc bị biến dạng khơng hướng theo đường thẳng Loại sai số ảnh hưởng đến tạo hình biên dạng cong  Sai số điều khiển: Về lý thuyết, lớp tạo hình phải có bề dày xác lập đường biên phải cần có vị trí xác định Thực tế, bề dày lớp tạo hình ln thay đổi vị trí đường biên khơng xác Những yếu tố ảnh hưởng đến độ xác hình học đưa yếu tố ảnh hưởng điển hình Với cơng nghệ RP cụ thể, sai số hình học vật mẫu 88 phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác với đặc trưng riêng công nghệ vật liệu, nguồn lượng đặc tính thiết bị công nghệ coi sai số trình chế tạo - Sai số trình xử lý bề mặt: Mẫu sau chế tạo thiết bị RP phải trải qua giai đoạn xử lý hồn thiện Giai đoạn có ảnh hưởng đến độ xác hình học mẫu Các kỹ thuật xử lý tùy theo công nghệ tạo mẫu nhanh, bao gồm:  Làm vật liệu thừa bám mẫu: Đôi việc lấy lượng vật liệu nhiều lượng vật liệu thừa, làm giảm kích thước mẫu, ảnh hưởng đến kích thước hình học mẫu  Hóa cứng thiêu kết sau chế tạo gây nên biến đổi hóa lý vật mẫu gây sai số cho mẫu  Gia công đánh bóng mẫu: bề mặt mẫu đánh bóng thấp so với bề mặt ban đầu 3.2.4 Kết luận ứng dụng phương pháp tạo mẫu nhanh Ở hình vẽ bảng biểu thể sai số 21 điểm khu vực khác bề mặt chi tiết Kết cho thấy phần bề mặt phức tạp có vị trí khơng thích hợp với q trình tạo mẫu nhanh có sai số lớn khoảng 0.5mm, nhiên miền phân bố giá trị dung sai nhỏ miền sai số chủ yếu nằm khoảng 0.02-0.06 mm Với giá trị sử dụng số lĩnh vực y học mẫu thí nghiệm, mẫu đào tạo tay nghề hay đồ gá điều trị Nếu trường hợp yêu cầu độ xác cao thay phần thể….thì phương pháp tạo mẫu nhanh chưa áp dụng Khi áp dụng phương pháp tạo mẫu nhanh khác phương pháp SLA với việc chọn loại vật liệu thích hợp ABS, Acrylic, Polyphenylsulfone, Polycarbonate Nylon 89 Phương pháp tạo mẫu nhanh ứng dụng nhiều y học tính linh hoạt, chế tạo phận phức tạp cách nhanh chóng, tiết kiệm chi phí Tuy nhiên số trường hợp như: vật liệu tạo mẫu nhanh, mảnh cấy ghép phương pháp cịn hạn chế Do cần phải sử dụng máy CNC để chế tạo chi tiết Phần luận văn trình bày phương pháp ứng dụng cơng nghệ CNC để gia công phần chi tiết (mảnh cấy ghép) y học 3.3 Ứng dụng công nghệ CNC để gia cơng phần mơ hình Đối với phận có u cầu vật liệu khơng thể in 3D, trường hợp thay phần khuyết tật bệnh nhân yêu cầu đặc biệt độ xác mảnh ghép phương pháp chế tạo mơ hình thay sử dụng gia cơng máy CNC Các mơ hình gia công trực tiếp CNC như: phụ kiện cấy ghép, phụ kiện điều trị, nẹp theo biên dạng, chốt Các mơ hình tạo phương pháp đúc, ép cần sử dụng máy CNC để gia công khuôn cho Mục đích phần trích xuất phần nhỏ mơ hình vừa khơi phục, tiến hành lập trình CAM máy gia cơng CNC Điều ứng dụng tương tự chế tạo mảnh cấy ghép y học Các bước cụ thể sau: - Tách mặt mảnh cấy ghép - Dùng phần mềm CAM để xử lý lập chương trình gia cơng - Tiến hành gia cơng máy CNC Do giới hạn luận văn, phần trình bày bước mà khơng tiến hành gia công máy CNC Việc gia công máy sử dụng chương trình CAM làm bước 3.3.1 Tách mặt ngồi mảnh cấy ghép Do mơ hình mảnh ghép sau tách từ liệu cắt lớp qua phần mềm chuyên dùng để xử lý nên có biên dạng phức tạp, chúng tạo thành từ 90 nhiều mặt nhỏ Ngồi mơ hình có sở liệu lớn nên khó xử lý phần mềm CAM khác Vì vậy, cần phải xử lý liệu trước lập trình CNC Quá trình bao gồm bước: - Bước 1: Tách phần bề mặt Bước thực phần mềm Geomagic Studio ( hình 3.17) - Bước 2: Xử lý mảnh cấy ghép để tạo liệu đầu vào cho trình gia công CNC Bước thực phần mềm Rapidform XOR (hình 3.18, 3.19) Hình 3.17 – Phần mặt trích xuất Hình 3.17 thể phần trích xuất từ mơ hình xương đầu ống chân khơi phục chương Để tách phần phải sử dụng công cụ phần mềm Geomagic Studio Trong thực tế, có trường hợp mơ hình bị khuyết phải khơi phục lại hình dạng, mảnh ghép cần chế tạo phần phải khơi phục Lúc hình dạng mảnh ghép phực tạp đường biên phải khớp với phần 91 bình thường, nhiên với cơng cụ Geomagic Studio hồn tồn khơi phục tách phần cấy ghép riêng Sau tách phần trích xuất hình dạng phần cấy ghép tính chất liệu dạng lưới tam giác mảnh cấy ghép có liệu lớn, khó lập trình CAM dạng liệu phải xử lý qua phần mềm Rapidform XOR Các công cụ phần mềm cho phép tạo mặt chuẩn phục vụ q trình gia cơng CNC đồng thời xử lý ghép nối mặt phẳng nhỏ lưới tam giác thành hay nhiều mặt phẳng lớn Điều có tác dụng làm liệu nhẹ dễ dàng trình lập trình CAM cho bề mặt Hình 3.18 thể phần trich xuất sau xử lý phần mềm Rapidform XOR: Hình 3.18 – Bề mặt sau xử lý Sau xử lý bề mặt phần mềm Rapidform XOR cho thấy sai số trình xử lý nhỏ khoảng ±0.01mm miền có sai số phân bố nhỏ (hình 3.19) Sai số chấp nhận File liệu sau chuyển sang 92 định dạng file *.prt phần mềm Solidwork sau lưu lại dạng *.stl để làm liệu đầu vào cho trình lập trình CAM Hình 3.19 – Sai số bề mặt sau xử lý 3.3.2 Dùng phần mềm Cimatron E7 để lập trình gia cơng bề mặt Mảnh cấy ghép sau xử lý tiến hành gia công máy CNC, luận văn sử dụng phần mềm Cimatron E7 để lập trình CAM cho bề mặt mảnh cấy ghép ưu điểm phần mềm cần lấy mặt ngồi biên dạng mảnh cấy ghép lập trình gia cơng Q trình gia cơng trải qua bước gia công thô gia cơng tinh Thơng số kỹ thuật q trình sau: - Q trình gia cơng thơ:  Dụng cụ cắt: Dao phay ngón đầu fillet đường kính 6mm, bán kính góc lượn đỉnh dao 1mm  Chế độ cắt: t=0,3mm; s=3000 rpm; F=1500 mm/phút - Quá trình gia công tinh:  Dụng cụ cắt: Dao phay đầu chỏm cầu đường kính 1mm 93  Chế độ cắt: t=0,1mm; s=10000rpm; F=700mm/phút Dưới số hình ảnh kết trình lập trình CAM Vì code chương trình NC dài luận văn khơng trình bày phần code Phần ghi lại đĩa kèm theo luận văn này: Hình 3.20 – Import mơ hình vào Cimatron Hình 3.21 – Chương trình gia cơng thơ bề mặt 94 Hình 3.22 – Chương trình gia cơng tinh bề mặt Hình 3.23 – Mơ q trình gia cơng thơ tinh bề mặt 95 KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương luận văn trình bày nội dung cơng nghệ tạo mẫu nhanh sử dụng Dựa lý thuyết tác giả chọn phương pháp để chế tạo thử mẫu thí nghiệm - phương pháp FDM, xử lý bề mặt sản phẩm phương pháp học, thực quy trình kiểm tra đánh giá sai số mẫu sau chế tạo Kết cho thấy, mẫu sau chế tạo cịn có sai số đặc biệt vị trí có hình dạng phức tạp Các sai số có nguyên nhân trình lấy mẫu, trình triển khai vẽ, chế tạo mẫu xử lý mẫu Dựa quy trình chế tạo, xử lý mẫu phân tích kết làm sở để đưa khuyến cáo cho việc sử dụng lựa chọn phương pháp chế tạo khác tùy vào yêu cầu đề Ngoài ra, chương luận văn trình bày phần ứng dụng phần mềm CAM để gia cơng phần trích xuất mơ hình Việc ứng dụng công nghệ CNC vào y sinh chủ yếu để chế tạo khuôn mẫu cho mảnh cấy ghép y học mà phận bị khuyết cần khơi phục Nội dung trình bày chương trích phần nhỏ mơ hình khơi phục ngun trạng mà khơng có khuyết tật chưa so với thực tế, quy trình cơng cụ xử lý, quy trình cơng cụ lập trình gia cơng CNC giống Quy trình hồn tồn áp dụng cho trường hợp khác, vấn đề xử lý bề mặt mảnh cấy ghép phần mềm Rapidform mà thơi, q trình lập trình CNC tương tự 96 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU Kết luận chung Luận văn trình bày lý thuyết tổng quan công nghệ thiết kế ngược phương pháp ứng dụng công nghệ thiết kế ngược y sinh Cụ thể sử dụng mơ hình giải phẫu xương ống chân người để làm đối tượng nghiên cứu ứng dụng Trải qua giai đoạn bản: (i) Chọn dạng liệu đầu vào;(ii) Thu thập liệu;(iii) Phân tích xử lý liệu;(iv).Tái tạo lại mơ hình Trong giai đoạn giai đoạn - giai đoạn xử lý liệu - quan trọng Ở giai đoạn người dùng linh hoạt sử dụng phần mềm khác để xử lý Trong luận văn này, từ việc thu thập liệu dạng hình ảnh chụp cắt lớp (CT) sau xử lý qua phần mềm: Phần mềm 3D – Slicer chuyên dùng để đọc dựng 3D trọng y học; phần mềm Blender phần mềm xử lý thô đơn giản thiết kế đồ họa cuối dùng phần mềm Geomagic Studio công cụ mạnh ứng dụng rộng rãi thiết kế ngược khơng y học mà cịn hội họa kỹ thuật Kết khôi phục mơ hình 3D đầu xương ống chân người với chất lượng bề mặt tốt, đảm bảo độ nhẵn, mịn Chất lượng bề mặt mơ hình sau xử lý cải thiện nhiều Sai số mơ hình sau xử lý so với mơ hình xây dựng lại từ ảnh chụp CT phù hợp với kích thước lát cắt chụp phụ thuộc vào chiều dày lát cắt, chế độ chụp hệ máy Tùy theo chế độ chụp CT mà sai số khác Sai số q trình xử lý ảnh hưởng khơng đáng kể trường hợp Tuy nhiên mơ hình sau xử lý khơi phục sở hình ảnh CT nên yêu cầu độ nhẵn, mịn mơ hình quan trọng Mơ hình 3D sau khơi phục chế tạo phương pháp tạo mẫu nhanh FDM xử lý bề mặt phương pháp đánh giấy ráp kết hợp sơn bề mặt, kết sau so sánh với mơ hình 3D cho thấy sai số nhỏ miền dung sai nằm khoảng 0.04-0.06mm Một số vị trí có hình dạng bề mặt phức tạp có sai số lớn 97 (khoảng 0.15-0.6mm) Các kết sử dụng làm sở để đánh đưa khuyến cáo sử dụng lựa chọn phương pháp chế tạo mẫu hợp lý trường hợp áp dụng Ngồi ra, luận văn cịn trình bày trình lập trình CAM cho phần bề mặt mơ hình, phục vụ q trình chế tạo khuôn cho mảnh ghép y tế Đây q trình cần thiết vật liệu khơng có khả tạo mẫu nhanh Hướng nghiên cứu Kết luận văn dùng làm tài liệu q trình ứng dụng cơng nghệ thiết kế ngược công nghệ CAD/CAM vào lĩnh vực y sinh Tuy có kết định cịn nhiều vấn đề cần nghiên cứu sâu để nâng cao chất lượng q trình chế tạo xác hoàn thiện như: - Nghiên cứu nâng cao chất lượng bề mặt mơ hình sau xử lý - Nghiên cứu nâng cao chất lượng bề mặt sau chế tạo đáp ứng yêu cầu y học - Nghiên cứu vật liệu công nghệ tạo mẫu nhanh áp dụng y học - Nghiên cứu công nghệ tạo mẫu nhanh áp dụng y tế - Nghiên cứu vấn đề kiểm sốt độ xác mơ hình dựa vào thơng số chụp CT Việc ứng dụng công nghệ thiết kế ngược, công nghệ tạo mẫu nhanh, CA/CAM/CNC/CAE lĩnh vực y sinh hoàn toàn cần thiết phù hợp với xu hướng phát triển y học đại 98 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kumar A.; Jain, P K & Pathak, P M Reverse engineering in product manufacturing: an overview, DAAAM International Scientific Book 2013, pp.665-678, Chapter 39 [2] Vinesh Raja and Kiran J.Fernandes Reverse Engineering an Industrial Perspective, 2008, Chapter 1: Introduction to Reverse Engineering, pp 1-8 [3] Binkai Zhang, Xiang Wang , Xiao Liang, Jinjin Zheng, 3D Reconstruction of human bones based on dictionary learning,2016 [4] L.C.Hieu, J.V.Sloten, L.T.Hung, L.Khanh, S.Soe, N.Zlatov, L.T.Phuoc, P.D.Trung, Medical reverse engineering applications and methods 2010 [5] Information in https://www.embodi3d.com [6] Maureen van Eijnatten, Roelof van Dijk, Johannes Dobbe, Geert Streekstra , Juha Koivisto, Jan Wolff CT image segmentation methods for bone used in medical additive manufacturing 2017 [7] M Gurr, R, Mulhaupt Rapid Prototyping, 2016 [8] DT Pham, LC Hieu, Reverse Engineering Software and Hardware,2016 [9] Kuang-Hua Chang., e-Design: Computer-Aided Engineering Design 2015 Chapter 14: Rapid Prototyping, pp 743-786 [10] Lê Quang Bình, Đặng Văn Nghìn,Trần Đại Nguyên, Huỳnh Hữu Nghị, Bùi Anh Quốc Gia công khuôn đúc cho mảnh cấy ghép y học máy phay CNC từ liệu chụp hình cắt lớp [11] http://www.benhvien103.vn/vietnamese/bai-giang-chuyen-nganh/x -quang/bai- giang-tin-chi-cat-lop-vi-tinh/1188/ 99 [12] PGS.TS Hà Hoàng Kiệm, Nguyên lý chụp cắt lớp vi tính http://hahoangkiem.com/tu-van-va-chia-se-thong-tin/nguyen-ly-cua-chup-cat-lop-vitinh-ctscanner-334.html [13] Colin Bradley, and Bernadette Currie, Advances in the Field of Reverse Engineering Computer-Aided Design & Applications, Vol 2, No 5, 2005, pp 697-706 [14] Duhwan Mun and Byung Chul Kim Three-dimensional solid reconstruction of a human bone from CT images using interpolation with triangular Bézier patches.2017 100 ... 1.1.1 Công nghệ thiết kế ngược 13 1.1.2 Ưu điểm việc ứng dụng công nghệ thiết kế ngược 14 1.1.3 Ứng dụng công nghệ thiết kế ngược 16 1.2 Công nghệ thiết kế ngược kỹ thuật y sinh. .. tượng y học việc quan trọng q trình ứng dụng cơng nghệ thiết kế ngược y học (MBE) Từ ưu điểm y? ?u cầu trên, việc nghiên cứu công nghệ thiết kế ngược công nghệ tạo mẫu nhanh kết hợp với công nghệ CAD/ CAM/ CNC... khác kỹ thuật Một số ứng dụng RE RP y tế Ứng dụng công nghệ thiết kế ngược y học (MRE) có mục đích sử dụng cơng nghệ thiết kế ngược để x? ?y dựng lại mơ hình 3D kết cấu giải phẫu đối tượng y học Kết