使用精度映射和稳定性分析来设计和生成器件的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了使用精度映射和稳定性分析来设计和生成器件的系统和方法。在一些方面，所描述的系统和方法涉及用于设计器件的装置。该装置包括处理器(210)，该处理器配置用于生成物理物体(402)的三维模型，以及基于精度映射(404)而确定该三维模型是否满足精度阈值。处理器还配置用于生成器件(406)的仿真表示，确定该器件的仿真表示是否满足稳定性阈值(408)，在器件的仿真表示满足稳定性阈值(410)的情况下对器件在三维模型上的拟合进行仿真，以及确定器件在三维模型上的仿真拟合是否处于容差阈值(412)之内。处理器还配置用于在仿真拟合处于容差阈值(414)之内的情况下生成器件的经批准的设计。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用精度映射和稳定性分析来设计和生成器件的系统和方法优先权本申请要求转让给本受让人并通过引用而全文并入于此的、提交于2011年12月23日的名称为“METHODOFOBTAININGTHREEDIMENSIONALMODELSFROMPROJECTEDIMAGES”的美国临时专利申请No.61/579,927的权益。本申请还要求转让给本受让人并通过引用而全文并入于此的、提交于2012年11月13日的名称为“SYSTEMSANDMETHODSFORDESIGNINGANDGENERATINGDEVICESUSINGACCURACYMAPSANDSTABILITYANALYSIS”的美国临时专利申请No.61/725,915的权益。
本专利技术涉及设计用于在计算机上设计和生成器件或物体的系统和方法。更具体而言，本专利技术涉及使用精度映射和稳定性分析在计算机上设计和生成器件或产品。
技术介绍
物体设计和制造被用于创造针对多种不同行业的必要工具。例如，可以设计和制造零件、工具等以供在日常生活的所有方面中使用。然而，设计和制造此类物体的过程可能耗时而昂贵。例如，传统制造技术可能要求设计和构建原型，基于设计来创造模具，对组件进行钻孔和切削，以及其他耗时而昂贵的技术来创造单一物体。由于模具等可以重复使用，因此当制作与最初设计的物体相同的后续物体时，可能有规模效益。然而，对于一次性的物体，无法获得这样的规模效益。相应地，传统设计和制造技术不适合用于生成一次性的或定制的物体，诸如专为患者设计的外科植入物、原型等。诸如增材制造(例如，3D打印)等工艺可以通过减少创造物体的时间和成本来克服这样的局限性。增材制造可以定义为用于例如使用物体的三维(3D)计算机辅助设计(CAD)数据来制造物体的有形模型的一组技术。通常，增材制造技术从所要形成的3D物体的数字表示开始。一般而言，该数字表示被切成一系列截面层，所述一系列截面层可以叠加从而形成作为整体的物体。增材制造装置使用该数据来逐层地构建物体。仿真模型可以与参考数据(例如，2D数据)一起用于生成物体的3D数字表示。物体的3D数字表示的精度可能根据用以获得该数字表示的过程而不同。各种应用(例如，加工、外科、制造等)可能要求物体的准确而精密的表示，以便设计随这些物体使用的可使用产品。此外，期望被设计用于随物体使用的产品对于该物体稳定。相应地，需要改善的系统和技术来设计和生成器件或产品。
技术实现思路
随附权利要求范围内的系统、方法和设备的各个实现各自具有若干方面，其中的单一方面不独自负责本文所述的期望属性。本文在不限制随附权利要求范围的情况下描述一些突出特征。本说明书中所描述的主题的一个或多个实现的细节在附图和以下描述中阐述。其他特征、方面和优点将会从描述、附图和权利要求中变得显而易见。注意，以下附图的相对尺寸可能并非按比例绘制。本公开中描述的主题的一个方面提供用于设计器件的装置。该装置包括处理器，该处理器配置用于生成物理物体的三维模型，以及基于精度映射来确定该三维模型是否满足精度阈值。处理器还配置用于生成所述器件的仿真表示，确定所述器件的仿真表示是否满足稳定性阈值，如果所述器件的仿真表示满足所述稳定性阈值则对所述器件在所述三维模型上的拟合进行仿真，以及确定所述器件在所述三维模型上的仿真拟合是否处于容差阈值之内。处理器还配置用于在所述仿真拟合处于所述容差阈值之内的情况下生成所述器件的经批准的设计。本公开中描述的主题的另一方面提供设计器件的方法的实现。该方法包括生成物理物体的三维模型，以及基于精度映射来确定该三维模型是否满足精度阈值。该方法还包括生成器件的仿真表示，确定所述器件的仿真表示是否满足稳定性阈值，如果所述器件的仿真表示满足所述稳定性阈值则对所述器件在所述三维模型上的拟合进行仿真，以及确定所述器件在所述三维模型上的仿真拟合是否处于容差阈值之内。该方法还包括如果所述仿真拟合处于所述容差阈值之内则生成所述器件的经批注的设计。本公开中描述的主题的又一方面提供用于设计器件的装置。该装置包括用于生成物理物体的三维模型的装置，以及用于基于精度映射来确定该三维模型是否满足精度阈值的装置。所述装置还包括用于生成器件的仿真表示的装置，用于确定所述器件的仿真表示是否满足稳定性阈值的装置，用于在所述器件的仿真表示满足所述稳定性阈值的情况下对所述器件在所述三维模型上的拟合进行仿真的装置，以及用于确定所述器件在所述三维模型上的仿真拟合是否处于容差阈值之内的装置。所述装置还包括用于在所述仿真拟合处于所述容差阈值之内的情况下生成所述器件的经批准的设计的装置。本公开中描述的主题的另一方面提供计算机程序产品的实现。该计算机程序产品包括计算机可读介质，该计算机可读介质包含用于生成物理物体的三维模型的代码和用于基于精度映射来确定该三维模型是否满足精度阈值的代码。所述计算机程序产品还包括用于生成器件的仿真表示的代码，用于确定所述器件的仿真表示是否满足稳定性阈值的代码，用于在所述器件的仿真表示满足所述稳定性阈值的情况下对所述器件在所述三维模型上的拟合进行仿真的代码，以及用于确定所述器件在所述三维模型上的仿真拟合是否处于容差阈值之内的代码。所述计算机程序产品还包括用于在所述仿真拟合处于所述容差阈值之内的情况下生成所述器件的经批准的设计的代码。附图说明图1描绘了用于设计和制造3D物体的系统的一个示例。图2图示了图1的计算机的一个示例的功能框图。图3图示了用于制造3D物体的过程。图4图示了用于使用精度和稳定性分析来设计和生成器件的过程。图5图示了用于使用精度和稳定性分析来设计和生成器件的另一过程。图6图示了将3D表面模型对齐(register)到点云的过程。图7图示了将统计形状模型(SSM)拟合至点云的过程。图8图示了从X射线的2D点获得3D点的过程。图9图示了模型的侧影点或曲线的示例。图10图示了寻找实值函数g的零点曲线的过程。图11图示了用于将SSM拟合至一个或多个X射线的过程。图12a至图12b图示了外科导引工具的示例。具体实施方式以下详细描述针对特定的具体实施方式。然而，本文的教导能够以多种不同方式来应用。在本描述中参考附图，其中自始至终以相似标号来标示相似部件。将会关于特定实施方式描述本专利技术，但本专利技术并不仅限于此，而是仅由权利要求所限定。本文所使用的单数形式“一个”、“一种”等同时包含单数和复数的所指对象，除非上下文明确另有所指。本文所使用的术语“包含”、“由…构成”等与“包括”、“含有”等同义，并且是包容性的或开放性的而不排除附加的、未记载的构件、元件或方法步骤。术语“包括”、“包含”和“由…构成”在意指记载的组件、元件或方法步骤时，还包括由所述记载的组件、元件或方法步骤“构成的”实施方式。此外，在描述和权利要求中的术语“第一”、“第二”、“第三”等用于在相似元件之间加以区分，而并不一定用于描述连续顺序或时间顺序，除非另有指定。应当理解，如此使用的术语在适当情况下可互换，并且本文所描述的本专利技术实施方式能够以不同于本文所述或所示的其他顺序来操作。在本说明书中各处提及的“一个实施方式”、“实施方式”、“一些方面”、“方面”或“一个方面”意指联系该实施方式或方面描述的特定特征、结构或特性被包括在本专利技术的至少一个实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于设计器件的装置，该装置包括：处理器，其配置用于：生成物理物体的三维模型；基于精度映射来确定该三维模型是否满足精度阈值；生成所述器件的仿真表示；确定所述器件的所述仿真表示是否满足稳定性阈值；如果所述器件的所述仿真表示满足所述稳定性阈值，则对所述器件在所述三维模型上的拟合进行仿真；确定所述器件在所述三维模型上的仿真拟合是否处于容差阈值之内；以及如果所述仿真拟合处于所述容差阈值之内，则生成所述器件的经批准的设计。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.23 US 61/579,927;2012.11.13 US 61/725,9151.一种用于设计器件的装置，该装置包括：处理器，其配置用于：生成物理物体的三维模型；基于精度映射来确定该三维模型是否满足精度阈值，其中所述精度映射包括与所述精度映射中的每个点相关联的置信区间；生成所述器件的仿真表示；确定所述器件的所述仿真表示是否满足稳定性阈值；如果所述器件的所述仿真表示满足所述稳定性阈值，则对所述器件在所述三维模型上的拟合进行仿真；确定所述器件在所述三维模型上的仿真拟合与所述器件关于所述物理物体的计划位置之间的差异是否处于容差阈值之内；以及如果所述差异处于所述容差阈值之内，则生成所述器件的经批准的设计。2.根据权利要求1的装置，其中所述处理器配置用于生成所述精度映射。3.根据权利要求1的装置，还包括存储器，其中所述处理器配置用于从所述存储器检索所述精度映射。4.根据权利要求1的装置，其中所述处理器还配置用于基于稳定性评分来确定所述器件的所述仿真表示是否满足所述稳定性阈值。5.根据权利要求4的装置，其中所述处理器配置用于生成所述稳定性评分。6.根据权利要求4的装置，还包括存储器，其中所述处理器配置用于从所述存储器检索所述稳定性评分。7.根据权利要求1的装置，其中所述处理器配置用于在所述器件的所述仿真表示不满足所述稳定性阈值的情况下生成所述器件的第二仿真表示。8.根据权利要求1的装置，其中对所述器件在所述三维模型上的拟合进行仿真包括对所述器件在所述三维模型的一个或多个变体上的拟合进行仿真。9.根据权利要求8的装置，其中对所述器件在所述三维模型上的拟合进行仿真包括将所述器件的所述仿真表示对齐在所述物理物体之上以确定最佳拟合。10.根据权利要求1的装置，其中所述器件包括外科器件。11.根据权利要求10的装置，其中所述外科器件包括外科导引器、矫形器件和假体器件中的至少一项。12.根据权利要求10的装置，其中所述外科器件包括外科工具。13.根据权利要求10的装置，其中所述物理物体包括人体部分。14.根据权利要求13的装置，其中对所述器件在所述三维模型上的拟合进行仿真包括对所述外科器件在所述人体部分的三维模型的一个或多个变体上的拟合进行仿真。15.根据权利要求1的装置，还包括打印机，该打印机配置用于基于所述器件的所述经批准的设计来生成所述器件。16.一种设计器件的方法，该方法包括：生成物理物体的三维模型；基于精度映射来确定该三维模型是否满足精度阈值，其中所述精...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·威尔克斯斯皮特简斯，J·范登布罗埃克，M·詹森斯，
申请(专利权)人：物化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE