CN107261311A - 个性化压力面具的数字化设计及3d打印制备方法 - Google Patents

个性化压力面具的数字化设计及3d打印制备方法 Download PDF

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Abstract

一种个性化压力面具的数字化设计及3D打印制备方法，步骤一，获取点云数据；步骤二，导入到软件中数字化设计得到三维面具初体模型；步骤三，将三维面具初体模型的STL格式文件导入到3‑MATIC软件中进行修复处理后，再在GEOMAGIC STUDIO软件中进行数字化设计得到三维面具成体模型，保存为STL格式文件；步骤四，将三维面具成体模型的STL格式文件导入到MAGIC软件中进行数字化设计并调整好打印参数；步骤五，将待打印面具模型的文件拷贝到3D打印机中进行打印，得到个性化压力面具。本发明的方法数据采集安全、速度快，设计过程简单，所打印的压力面具轻便、与使用者匹配度高，效果良好。

Description

个性化压力面具的数字化设计及3D打印制备方法
技术领域
本发明涉及康复科面部治疗的医疗器械技术领域，具体涉及一种个性化压力面具的数字化设计及3D 打印制备方法。
背景技术
面部瘢痕是临床上常见的症状，可由于面部烧伤、整容失败、交通意外等原因造成，在治疗上一般采用保守治疗或手术植皮治疗。保守治疗的治疗时机一般是在瘢痕形成的半年内，采用佩戴压力面具进行局部加压及外敷瘢痕软化药物，从而减少瘢痕的形成，手术治疗是在瘢痕成熟稳定后，药物治疗无效的情况下，才选择的。压力面具对瘢痕的治疗效果至关重要，如果定制的压力面具不合适，治疗措施处理不好的话，常常会导致瘢痕的出现，不仅非常不美观，而且会给患者造成巨大心理压力，严重影响患者的生活品质。
目前，面部烧伤及整容失败等病人多采用佩戴压力面具的办法减少瘢痕形成，对瘢痕进行压力治疗。此类传统的压力面具存在诸多不便和弊端。比如说这类传统压力面具的制作需用牙科取模粉(Alginate) 调水后，涂抹于病人脸部，待凝固后石膏绷带固定其形状。在取膜过程中患者比较痛苦，而在倒模过程中技术人员水平又高低不同，容易出现比较大的误差，使得制作出来的压力面具，不仅无法个性化贴合，而且会导致局部区域压力不均匀，达不到预期的效果，不利于瘢痕的康复治疗。由于现有制作工艺复杂，能掌握此项技术的专业人员更是凤毛麟角。目前国内仅有少数几个大型医院能开展压力面具的制作技术。
因此，针对现有技术不足，提供一种个性化压力面具的数字化设计及3D打印制备方法以解决现有技术不足甚为必要。
发明内容
本发明提供一种个性化压力面具的数字化设计及3D打印制备方法，能够实现个性化量身定制，所制备的压力面具与使用者的面部轮廓尺寸匹配度高，具有制备简单、精确的特点。
本发明的上述目的通过如下技术手段实现：
提供一种个性化压力面具的数字化设计及3D打印制备方法，包括以下步骤，
步骤一，扫描对象，获取点云数据；
步骤二，将所获取的点云数据导入到GEOMAGIC STUDIO软件中数字化设计得到三维面具初体模型，将三维面具初体模型保存为STL格式文件；
步骤三，将步骤二中得到的三维面具初体模型的STL格式文件导入到3-MATIC软件中进行修复处理后，再在GEOMAGIC STUDIO软件中进行数字化设计得到三维面具成体模型，将三维面具成体模型保存为STL格式文件；
步骤四，将步骤三中得到的三维面具成体模型的STL格式文件导入到MAGIC软件中进行数字化设计并调整好打印参数，作为待打印面具模型；
步骤五，将步骤四中的待打印面具模型的文件拷贝到3D打印机中进行打印，得到个性化压力面具。
优选的，上述步骤一具体是通过手持激光三维扫描仪扫描目标对象头部前方、颈部上方所暴露的皮肤，获取点云数据。
优选的，上述步骤二具体包括如下步骤，
步骤2-1，在GEOMAGIC STUDIO软件中将点云数据进行修饰处理，构建出完整的面部皮肤轮廓；
步骤2-2，在GEOMAGIC STUDIO软件中对步骤2-1中构建的面部皮肤轮廓进行数据处理和封装，对提取扫描部位的皮肤轮廓表面三角片进行外向加厚，生成壳状三维模型，进行抽壳操作后得到三维面具初体模型，三维面具初体模型保存为STL格式文件。
优选的，上述步骤三具体包括如下步骤，
步骤3-1，在3-MATIC软件中，对应扫描对象面部瘢痕位置，对三维面具初体模型对应的面部瘢痕位置进行平滑处理；
再在GEOMAGIC STUDIO软件中，采用布尔运算的方法，对三维面具初体模型进行镂空、添加固定用的结构，得到三维面具成体模型；
步骤3-2，将三维面具成体模型保存为STL格式文件。
优选的，上述步骤四具体包括如下步骤，
步骤4-1，将步骤3-2中得到的三维面具成体模型的STL格式文件导入到3D打印机配套的MAGIC软件中设计好打印的支撑结构；
步骤4-2，将步骤4-1设计的支撑结构文件与三维面具成体模型文件合并后作为待打印面具模型，待打印面具模型保存为STL格式文件。
优选的，上述步骤五具体包括如下步骤：
步骤5-1，将步骤4-2中得到的待打印面具模型的STL格式文件拷贝到3D打印机中，调整好模型位置，确认3D打印机处于正常工作，进行打印；
步骤5-2，将步骤5-1打印好的模型去除支撑后进行后处理，得到光滑的个性化压力面具。
优选的，上述步骤五3D打印采用医用级尼龙材料进行打印。
优选的，上述个性化压力面具为透明状。
优选的，上述3D打印采用添加有Uvex的材料进行打印。
本发明的一种个性化压力面具的数字化设计及3D打印制备方法，包括以下步骤，步骤一，扫描对象，获取点云数据；步骤二，将所获取的点云数据导入到GEOMAGIC STUDIO软件中数字化设计得到三维面具初体模型，将三维面具初体模型保存为STL格式文件；步骤三，将步骤二中得到的三维面具初体模型的 STL格式文件导入到3-MATIC软件中进行修复处理后，再在GEOMAGIC STUDIO软件中进行数字化设计得到三维面具成体模型，将三维面具成体模型保存为STL格式文件；步骤四，将步骤三中得到的三维面具成体模型的STL格式文件导入到MAGIC软件中进行数字化设计并调整好打印参数，作为待打印面具模型；步骤五，将步骤四中的待打印面具模型的文件拷贝到3D打印机中进行打印，得到个性化压力面具。本发明的方法具有以下优点：(1)数据采集无创伤、无辐射，采集过程快速方便。(2)3D打印压力面具设计过程简单，设计耗时少，打印的压力面具产品轻便，个性化结构外形与患者个人面部皮肤高度的解剖贴合，舒适度高，避免造成皮肤软组织局部压迫。(3)采用医用级材料3D打印成型可提高矫形器的强度和刚度，避免发生压力面具的变形或断裂失效的发生。
附图说明
结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明一种个性化压力面具的数字化设计及3D打印制备方法的流程图。
图2为本发明制备的一种个性化压力面具的效果图模型。
具体实施方式
结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1。
一种个性化压力面具的数字化设计及3D打印制备方法，如图1所示，包括以下步骤，
步骤一，扫描对象，获取点云数据。步骤一具体是通过手持激光三维扫描仪扫描目标对象头部前方、颈部上方所暴露的皮肤，获取点云数据。
步骤二，将所获取的点云数据导入到GEOMAGIC STUDIO软件中数字化设计得到三维面具初体模型，将三维面具初体模型保存为STL格式文件。
步骤二具体包括如下步骤，
步骤2-1，在GEOMAGIC STUDIO软件中将点云数据进行修饰处理，构建出完整的面部皮肤轮廓；
步骤2-2，在GEOMAGIC STUDIO软件中对步骤2-1中构建的面部皮肤轮廓进行数据处理和封装，对提取扫描部位的皮肤轮廓表面三角片进行外向加厚，生成壳状三维模型，进行抽壳操作后得到三维面具初体模型，三维面具初体模型保存为STL格式文件。
步骤三，将步骤二中得到的三维面具初体模型的STL格式文件导入到3-MATIC软件中进行修复处理后，再在GEOMAGIC STUDIO软件中进行数字化设计得到三维面具成体模型，将三维面具成体模型保存为STL格式文件。
步骤三具体包括如下步骤，
步骤3-1，在3-MATIC软件中，对应扫描对象面部瘢痕位置，对三维面具初体模型对应的面部瘢痕位置进行平滑处理；
再在GEOMAGIC STUDIO软件中，采用布尔运算的方法，对三维面具初体模型进行镂空、添加固定用的结构，得到三维面具成体模型；
步骤3-2，将三维面具成体模型保存为STL格式文件。
步骤四，将步骤三中得到的三维面具成体模型的STL格式文件导入到MAGIC软件中进行数字化设计并调整好打印参数，作为待打印面具模型。
步骤四具体包括如下步骤，
步骤4-1，将步骤3-2中得到的三维面具成体模型的STL格式文件导入到3D打印机配套的MAGIC软件中设计好打印的支撑结构；
步骤4-2，将步骤4-1设计的支撑结构文件与三维面具成体模型文件合并后作为待打印面具模型，待打印面具模型保存为STL格式文件。
步骤五，将步骤四中的待打印面具模型的文件拷贝到3D打印机中进行打印，得到个性化压力面具。
步骤五具体包括如下步骤：
步骤5-1，将步骤4-2中得到的待打印面具模型的STL格式文件拷贝到3D打印机中，调整好模型位置，确认3D打印机处于正常工作，进行打印；
步骤5-2，将步骤5-1打印好的模型去除支撑后进行后处理，得到光滑的个性化压力面具。
步骤五3D打印采用医用级尼龙材料进行打印，设计及制作都符合国家规定。
优选采用透明状个性化压力面具，以便在使用中能够及时观察使用者的状况。3D打印可以采用添加有Uvex的材料进行打印以获得透明状个性化压力面具。
本发明的方法具有以下优点：(1)数据采集无创伤、无辐射，采集过程快速方便。(2)3D打印压力面具设计过程简单，设计耗时少，打印的压力面具产品轻便，个性化结构外形与患者个人面部皮肤高度的解剖贴合，舒适度高，避免造成皮肤软组织局部压迫。(3)采用医用级材料3D打印成型可提高矫形器的强度和刚度，避免发生压力面具的变形或断裂失效的发生。
实施例2。
一种个性化压力面具的数字化设计及3D打印制备方法，如图1、图2所示，包括以下步骤，
(1)数据的采集
将手持三维扫描仪扫描康复治疗对象头部前方颈部上方所暴露的所有皮肤，根据扫描配套软件提示操作，获取完整的点云数据，扫描时根据康复治疗对象治疗方案，嘱咐患者保持所需固定位置，收集完整全面的点云数据。
(2)数据处理
将扫描点云数据文件导入逆向工程软件GEOMAGIC STUDIO中进行数据处理和封装，提取扫描部位的皮肤轮廓表面三角片进行外向加厚，生成壳状三维模型，并保存为STL格式文件输出至MAGIC软件进行修复处理。
(3)压力面具的设计
将导入的壳状皮肤轮廓面具根据康复治疗对象的实际情况，对面部瘢痕突起部位，进行平滑处理，以加大面具对此处的压力。在GEOMAGIC STUDIO软件中以镂空特征设计对壳状压力面具矫形器进行镂空处理，其中镂空特征设计可以针对患者年龄及对镂空图像喜好，灵活选择。最后导出模型以STL文件格式保存。
(4)压力面具的3D打印
将设计好的模型STL文件传输到3D打印机配套的前处理软件中进行支撑结构设计，进而转至3D打印设备完成打印。
本发明的方法具有以下优点：(1)数据采集无创伤、无辐射，采集过程快速方便。(2)3D打印压力面具设计过程简单，设计耗时少，打印的压力面具产品轻便，个性化结构外形与患者个人面部皮肤高度的解剖贴合，舒适度高，避免造成皮肤软组织局部压迫。(3)采用医用级材料3D打印成型可提高矫形器的强度和刚度，避免发生压力面具的变形或断裂失效的发生。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种个性化压力面具的数字化设计及3D打印制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一，扫描对象，获取点云数据；
步骤二，将所获取的点云数据导入到GEOMAGIC STUDIO软件中数字化设计得到三维面具初体模型，将三维面具初体模型保存为STL格式文件；
步骤三，将步骤二中得到的三维面具初体模型的STL格式文件导入到3-MATIC软件中进行修复处理后，再在GEOMAGIC STUDIO软件中进行数字化设计得到三维面具成体模型，将三维面具成体模型保存为STL格式文件；
步骤四，将步骤三中得到的三维面具成体模型的STL格式文件导入到MAGIC软件中进行数字化设计并调整好打印参数，作为待打印面具模型；
步骤五，将步骤四中的待打印面具模型的文件拷贝到3D打印机中进行打印，得到个性化压力面具。
2.根据权利要求1所述的个性化压力面具的数字化设计及3D打印制备方法，其特征在于：所述步骤一具体是通过手持激光三维扫描仪扫描目标对象头部前方、颈部上方所暴露的皮肤，获取点云数据。
3.根据权利要求2所述的个性化压力面具的数字化设计及3D打印制备方法，其特征在于：
所述步骤二具体包括如下步骤，
步骤2-1，在GEOMAGIC STUDIO软件中将点云数据进行修饰处理，构建出完整的面部皮肤轮廓；
步骤2-2，在GEOMAGIC STUDIO软件中对步骤2-1中构建的面部皮肤轮廓进行数据处理和封装，对提取扫描部位的皮肤轮廓表面三角片进行外向加厚，生成壳状三维模型，进行抽壳操作后得到三维面具初体模型，三维面具初体模型保存为STL格式文件。
4.根据权利要求3所述的个性化压力面具的数字化设计及3D打印制备方法，其特征在于：
所述步骤三具体包括如下步骤，
步骤3-1，在3-MATIC软件中，对应扫描对象面部瘢痕位置，对三维面具初体模型对应的面部瘢痕位置进行平滑处理；
再在GEOMAGIC STUDIO软件中，采用布尔运算的方法，对三维面具初体模型进行镂空、添加固定用的结构，得到三维面具成体模型；
步骤3-2，将三维面具成体模型保存为STL格式文件。
5.根据权利要求4所述的个性化压力面具的数字化设计及3D打印制备方法，其特征在于：
所述步骤四具体包括如下步骤，
步骤4-1，将步骤3-2中得到的三维面具成体模型的STL格式文件导入到3D打印机配套的MAGIC软件中设计好打印的支撑结构；
步骤4-2，将步骤4-1设计的支撑结构文件与三维面具成体模型文件合并后作为待打印面具模型，待打印面具模型保存为STL格式文件。
6.根据权利要求5所述的个性化压力面具的数字化设计及3D打印制备方法，其特征在于：
所述步骤五具体包括如下步骤：
步骤5-1，将步骤4-2中得到的待打印面具模型的STL格式文件拷贝到3D打印机中，调整好模型位置，确认3D打印机处于正常工作，进行打印；
步骤5-2，将步骤5-1打印好的模型去除支撑后进行后处理，得到光滑的个性化压力面具。
7.根据权利要求6所述的个性化压力面具的数字化设计及3D打印制备方法，其特征在于：所述步骤五3D打印采用医用级尼龙材料进行打印。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的个性化压力面具的数字化设计及3D打印制备方法，其特征在于：所述个性化压力面具为透明状。
9.根据权利要求8所述的个性化压力面具的数字化设计及3D打印制备方法，其特征在于：所述3D打印采用添加有Uvex的材料进行打印。
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