Diseño de sistema de escaneo 3D rotatorio para extremidades humanas

Abstract

El principal desafío para proporcionar un tratamiento personalizado a los pacientes que requieren dispositivos médicos, ya sea de apoyo, reemplazo o modificación de características estructurales o funcionales, radica en la obtención de dimensiones de forma precisa, detallada, no invasiva, rápida y de bajo costo. En la última década, ha habido un aumento en el uso del escaneo tridimensional en medicina, lo que ha facilitado significativamente el proceso de la obtención de un modelo del paciente. Esta técnica ha mejorado la eficiencia del modelado en comparación con los métodos convencionales, reduciendo el tiempo para obtener un modelo humano, lo cual disminuye la incomodidad del paciente, permite la creación de modelos complejos, modificaciones rápidas de modelos existentes y, sobre todo, genera imágenes tridimensionales precisas. Sin embargo, el escaneo manual presenta desafíos. Los movimientos del paciente o la falta de firmeza del operador pueden resultar en imperfecciones del escaneo que podrían afectar la funcionalidad del dispositivo y la satisfacción del paciente. El objetivo de este proyecto es el desarrollo de una armazón con patrón rotatorio que permita el acople de un escáner 3D para la obtención de modelos tridimensionales precisos. Para ello, se establecieron los parámetros de medición (ej., velocidad, distancia del sensor al objeto, patrón de movimiento) a través de distintas pruebas con el escáner y prototipos a escala. Por último, se diseño y fabricó un sistema que permite automatizar y mejorar la precisión del proceso de escaneo. Este sistema facilita escaneos 3D precisos mediante una estructura estabilizada y automatizada. La fiabilidad de los resultados se respalda mediante la comparación de las dimensiones de una extremidad real con las del modelo generado con el uso de este sistema, asegurando precisión en la replicación de las geometrías reales.

The main challenge in providing personalized treatment to patients who require medical devices,whether for support, replacement, or modification of structural or functional charac-teristics,lies in obtaining precise, detailed, non-invasive, fast, and cost-effective dimensions. Over the past decade, there has been an increase in the use of three-dimensional scanning in medicine, which has significantly facilitated the process of obtaining a patient’s model. This technique has improved modeling efficiency compared to conventional methods, redu-cing the time needed to obtain a human model, minimizing patient discomfort, enabling the creation of complex models, allowing quick modifications of existing models, and, above all, generating accurate three-dimensional images. However, manual scanning presents challen-ges. Patient movements or lack of operator steadiness can result in scanning imperfections that may affect the device’s functionality and patient satisfaction. The objective of this project is to develop a rotating frame that allows a 3D scanner to be mounted for obtaining precise three-dimensional models. Measurement parameters (e.g., speed, sensor-to-object distance, movement pattern) were established through various tests with the scanner and scaled prototypes. A full-scale system was designed to automate and enhance the precision of the scanning process. This system enables accurate 3D scans through a stabilized, automated framework. The reliability of the results is supported by the comparation of the dimensions of a real limb with those of the model generated using this system, ensuring precision in the replication of real geometries.