CN110667119A - 3d打印颈椎病防治枕及3d打印硬质枕芯模型获取方法 - Google Patents

3d打印颈椎病防治枕及3d打印硬质枕芯模型获取方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种3D打印颈椎病防治枕及3D打印硬质枕芯模型获取方法，3D打印颈椎病防治枕包括牵引系统和智能辅疗系统；牵引系统具有3D打印硬质枕芯和聚丙烯骨架板，聚丙烯骨架板与所述3D打印硬质枕芯相榫合；智能辅疗系统包括有控制系统、睡眠质量监测系统、慢回弹记忆棉软体包覆及功能组件，所述慢回弹记忆棉软体包覆对3D打印硬质枕芯进行底面外的直接覆盖并且受到3D打印硬质枕芯与聚丙烯骨架板的固定；功能组件包括发热保暖层、缓释中药层、抗菌控温层、防螨舒适层。本发明能够为颈椎自然曲度改变程度不同的患者提供个性化3D打印硬质枕芯，且适用于仰卧、侧卧等不同卧姿。

Description

3D打印颈椎病防治枕及3D打印硬质枕芯模型获取方法
技术领域
本发明涉及医疗保健技术领域，具体是一种3D打印颈椎病防治枕及3D打印硬质枕芯模型获取方法。
背景技术
近年来，我国颈椎病问题呈现低龄化和普遍化趋势，且随着我国人口老龄化问题日益凸显，颈椎疾病已经成为影响人民生活质量、阻碍健康中国建设的重大问题。
目前颈椎病的主流疗法为手术疗法和非手术疗法，其中手术疗法创伤性大，患者术后恢复时间长且易复发；非手术疗法中，药物治疗副作用大，难以根除病灶，针灸推拿疗法虽然可以显著地缓解颈椎病症状，但灵活性差，不适应当代快节奏的生活且难以改善异常颈椎曲度。相较之下，牵引疗法既可从根本上改善颈部应力分布，又可通过治疗仪、治疗枕等手段，兼顾灵活性，因此，发展牵引疗法，可以针对颈椎病的病理特征和发病机理，预防颈椎病的发生，避免颈椎病的恶化，有效提升患者生活质量，为我国颈椎病治疗提供了新的思路。
牵引疗法是应用外力对身体某一部位或关节施加牵拉力，使其发生一定的分离、周围软组织得到适当的牵伸，从而达到治疗目的的方法。目前，市场上基于牵引疗法原理的颈椎治疗仪和颈椎治疗枕比较常见，但由于不同人颈椎曲度、颈椎软组织结构、颈椎病发展阶段、睡眠习惯的差异性，大量生产的商品往往难以满足不同患者的需求，治疗作用低微甚至会加重症状。在颈椎病治疗枕方面，近年来不断有新的探索与成就，但都有一定的局限性。例如专利CN 106419369 A介绍的“尚颈枕”，是一款纯物理安全牵引颈椎舒展枕，但其表面过硬，不能长时间使用或枕着入眠，存在患者难以坚持治疗且使用初期不适感明显的问题。又如专利CN 108244921 A枕头及其制作方法，虽引入海绵枕芯，提升了枕头舒适度，但未对材料种类、材料密度和成型方式进行优选，舒适度提升有限。
CT技术和3D打印技术的发展，为颈椎枕的个性定制提供了技术支持。CT技术，又名X射线计算机断层扫描技术，该技术主要通过单一轴面的X射线旋转照射人体，由于不同的组织对X射线的阻射率不同，可以用电脑的三维技术重建出断层面影像。目前，已有相关技术人员在颈椎枕的制作中使用CT技术，如专利CN 201811569207.5一种根据医疗数据自动3D打印枕头的方法，但它仅能使用CT扫描所得曲度，该曲度与患者正常颈椎曲度存在差异，治疗作用甚微。3D打印技术，又名增材制造技术，是一种以数学模型文件为基础的可粘合材料快速成型技术，可用于生产适应患者个人身体特质的个性化医疗产品。但目前基于3D打印的颈椎病防治枕大多处于理论层面，且存在许多不足之处。如专利CN 107752620A一种枕头及制造方法，未能综合配置辅助治疗系统，功能单一，并且同样存在患者使用初期不适的问题。又专利CN 205866523U一种3D打印颈椎枕，设计时未能考虑到患者睡姿的变化，仅针对仰卧的睡姿进行治疗，设计可能导致患者采取侧卧睡姿时病情加重；未能设计出具体可行的3D打印硬质枕芯模型获取方法，可操作性、准确性差；虽有附加功能组件，但未提出支持组件拆卸与更换的解决方案。同时，上述专利均未对3D打印硬质枕芯的成型模式和材料进行优选，3D打印硬质枕芯的质量难以保证。
发明内容
本发明旨在提供一种3D打印颈椎病防治枕及3D打印硬质枕芯模型获取方法，为颈椎自然曲度改变程度不同的患者提供个性化3D打印硬质枕芯，且适用于仰卧、侧卧等不同卧姿。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种3D打印颈椎病防治枕，其特征在于，包括3D打印硬质枕芯和骨架板；所述3D打印硬质枕芯固定于所述骨架板上；所述3D打印硬质枕芯上表面曲度与用户颈椎曲度匹配，且所述3D打印硬质枕芯表面包覆有软体。
所述骨架板包括底板；所述底板上设置有四个直角卡槽；所述3D打印硬质枕芯固定于所述底板上，且所述硬质枕芯的底面四个直角分别与四个直角卡槽榫合。
所述底板两侧边各与一块侧面板铰接，所述侧面板远离底板的侧边设有固定条，且当所述侧面板旋转到与所述底板垂直时，所述固定条与所述软体侧边固定连接。
所述软体包括形状大小与所述3D打印硬质枕芯形状大小匹配的本体；所述本体表面覆盖有发热保暖层。
所述发热保暖层表面覆盖有抗菌控温层；所述抗菌控温层表面覆盖有防螨舒适层。
所述发热保暖层表面设置有缓释中药层。
所述防螨舒适层表面设置有温度传感器、温湿度传感器和声音传感器；所述温度传感器、温湿度传感器、声音传感器均与控制电路电连接；优选地，以颈枕正面左下角端点为原点，沿长边建立x轴，宽边建立y轴，确定单位长度；所述温度传感器设置于横纵坐标满足(1,1)、(5,1)的防螨舒适层表面处；所述温湿度传感器位于所述防螨舒适层横纵坐标满足(3,1)的表面处；所述声音传感器设置于横纵坐标满足(3,2.5)的防螨舒适层表面处。
所述3D打印硬质枕芯中部两侧凸起，且该中部与两侧凸起均平滑连接。
相应的，本发明还提供了一种3D打印硬质枕芯模型的获取方法，其包括以下步骤：
1)对患者仰卧位颈椎C1-C7节段进行CT扫描，获得CT扫描DICOM格式数据；
2)对所述DICOM格式数据进行处理，得到包含C1-C7节段的图层；
3)导出处理后的患者C1-C7节段的图层数据，建立有限元模型；
4)对所述有限元模型进行应力分析，得到颈椎曲度正常的颈椎全节段有限元模型；
5)由正常的颈椎曲度模型导出3D打印硬质枕芯模型。
步骤2)中，利用Mimics 17软件处理DICOM格式数据，具体实现过程包括：
1)通过蒙板编辑工具、阈值分割及区域增长工具去除锁骨、颅骨、软组织、胸椎，得到包含颈椎C1-C7节段的图层；
2)对所述包含颈椎C1-C7节段的图层的内部空洞进行修复及填充操作，使用Smoothing功能平滑表面，3D Calculate功能实体化图层，得到颈椎C1-C7节段的骨性模型；
3)使用REMESH模块对3D模型进行网格化。
步骤5)的具体实现过程包括：
1)基于Borden氏测量法，由正常颈椎曲度获得平面直角坐标系以定位枕面曲线，该坐标系以颈椎纵深最大值处为原点，将枕面曲线分为两支；
2)基于所述平面直角坐标系，对两支枕面曲线进行线性回归分析，得到两根曲线；
3)对获得的两根曲线进行建模，获得STL格式3D模型；
4)对仰卧状态下头枕高、颈枕高进行测量，并将测量值赋予STL格式3D模型，对仰卧状态下颈枕长、颈枕宽进行测量，并将测量值赋予STL格式3D模型，得到3D打印硬质枕芯模型。
将头枕高h1、颈枕高h2的测量值与聚丙烯骨架板厚度d的差值H1＝h1-d、H2＝h2-d作为3D打印硬质枕芯头枕高、颈枕高的实际赋值。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明基于选择性激光烧结与有限元分析技术，能够为颈椎自然曲度改变程度不同的患者提供个性化硬质枕芯；通过对患者的形体参数进行精准测量，实现了对仰卧、侧卧等不同卧姿的适应；设置聚丙烯骨架板结构，实现了功能组件的拆卸与更换，极大提升了颈椎枕的整体性与灵活性，延长了使用寿命；优选软体包覆材料、材料密度及成型方式，最大限度提升舒适度；结合中药疗法，能够缓解使用初期不适感并起到辅助治疗作用；配置温度调节装置，能够提高患者的使用体验；通过引入多种传感器与智能芯片，实现了对患者睡眠情况的实时监测与分析，能够为患者追求健康睡眠提供指导性意见。
附图说明
图1是由正常的颈椎曲度模型导出3D打印硬质枕芯模型的过程中建立平面直角坐标系的示意图。
图2是3D打印硬质枕芯的示意图。
图3是聚丙烯骨架板的示意图。
图4是智能辅疗系统中慢回弹记忆棉软体包覆、功能组件和睡眠质量监测系统的示意图。
图5是慢回弹记忆棉软体包覆及头枕、颈枕、侧枕部位示意图。
图6是俯视图下防螨抗菌层上表面传感器排布方式示意图
图中：3D打印硬质枕芯1、符合患者颈椎自然曲度的曲面11、支撑结构12、聚丙烯骨架板2、底板21、侧面板22、直角卡槽结构23、门轴结构24、卡槽25、慢回弹记忆棉软体包覆3、颈枕部位31、侧枕部位32、头枕部位33、发热保暖层4、缓释中药层5、含药贴合层51、聚酯纤维无纺布袋52、抗菌控温层6、防螨舒适层7、温度传感器8、温湿度传感器9、声音传感器10。
具体实施方式
参见图2-4，一种多功能3D打印颈椎病防治枕，其包括牵引系统和智能辅疗系统。所述牵引系统具有3D打印硬质枕芯1和聚丙烯骨架板2，所述聚丙烯骨架板2与所述3D打印硬质枕芯1相榫合。如图2，所述3D打印硬质枕芯1包括符合患者颈椎自然曲度的曲面11与支撑结构12。所述3D打印硬质枕芯1为空心且无底面，根据患者的颈椎曲度进行定制，贴合患者的颈椎曲线，能够有效释放压力，撑托到每一点，用于修复颈部正常生理曲线，改善颈关节排列，矫正颈椎病。所述3D打印硬质枕芯1为尼龙材料经3D打印制作而成，优选尼龙材料为尼龙粉末PA2200，优选3D打印成型模式为选择性激光烧结。
参见图3，所述聚丙烯骨架板2具有一个底板21和两个侧面板22，所述底板中央具有四个高出底面的直角卡槽结构23，能够允许3D打印硬质枕芯的支撑结构12无缝插入。所述侧面板22通过门轴结构24与底板21的二侧边连接，所述门轴结构24使得侧面板22可绕该轴旋转90°，从与底板21平行的状态旋转至与底板21垂直的状态；所述底板21与侧面板22在彼此接壤处均设有45°的斜面，实现了侧面板在与底板垂直状态下的固定；所述二侧面板相对向内形成二卡槽25，用于固定慢回弹记忆棉软体包覆；所述侧面板22呈一大一小的双驼峰状，靠近患者的一侧为大驼峰，沿驼峰线设有三组紧邻的拉链结构(未图示)。
所述基于有限元分析的3D打印硬质枕芯模型的获取方法包括以下步骤：
S1：采用自适应统计迭代重建技术，对患者仰卧位颈椎C1-C7节段进行低辐射、低剂量CT扫描，层厚为1.0mm，数据存储为DICOM格式。
S2：将DICOM格式数据导入Mimics 17软件，处理并得到包含颈椎C1-C7节段的图层。
S3：将患者颈椎几何模型的文件导出为Abaqus支持的Inp格式文件，建立有限元模型。
S4：对有限元模型进行应力分析，得颈椎曲度正常的颈椎全节段有限元模型。
S5:由正常的颈椎曲度模型导出3D打印硬质枕芯模型。
其中步骤S2中使用Mimics 17软件处理CT图像的步骤为：
S21：通过蒙板编辑工具、阈值分割及区域增长工具去除锁骨、颅骨、软组织、胸椎等骨组织，得到包含颈椎C1-C7节段的图层。
S22：对步骤S21中所得图层的内部空洞进行修复及填充操作，使用Smoothing功能平滑表面，3D Calculate功能实体化图层，从而得到颈椎C1-C7节段的骨性模型。
S23：使用REMESH模块对3D模型进行网格化。
其中步骤S3中有限元模型建立的步骤为：
S31：定义单元的材料属性。添加韧带组织并定义为线性单元和膜单元。将椎体和椎间盘定义为各向同性的线弹性材料模型，之后进行材料属性的赋值。
S32：将单元总装成整个离散域的总矩阵方程，联合划分的网格组，总装求解。并对步骤S31中仰卧位模型使用Load模块定义边界条件，C7椎体下表面在所有方向上完全固定，于颅底上表面施加大小为客户重量7％的预载荷，以个性化模拟头颅重量，然后在后伸方向施加2.0N·m力矩，得到人颈椎正常曲度。
进一步地，所述步骤S31中韧带组织的添加参考健康状况良好的颈椎解剖记录，以模拟人颈椎未受损伤时的状态，材料模型的赋值参考专业生物力学文献及资料。
其中步骤S5中由正常的颈椎曲度模型导出3D打印硬质枕芯模型的步骤为：
S51：基于Borden氏测量法，由正常颈椎曲度获得平面直角坐标系以定位枕面曲线，该坐标系以颈椎纵深最大值处为原点，将枕面曲线分为两支。
S52：基于步骤S51中给出的平面直角坐标系，对枕面曲线的其中一支进行线性回归分析。
S53：对另一支进行同S52的操作。
S54：对获得的曲线进行建模，获得STL格式3D模型，用于3D打印。
S55：对仰卧状态下头枕高、颈枕高进行测量，并将测量值赋予3D打印硬质枕芯模型。
S56：对仰卧状态下颈枕长、颈枕宽进行测量，并将测量值赋予3D打印硬质枕芯模型。
进一步地，步骤S51所述平面直角坐标系的确定方法为：参见图1，自枢椎齿状突后上缘到C7椎体后下缘画一直线A，沿颈椎各椎体后缘绘一弧线B，A、B线间最宽处的垂直横交线为C，定义为颈椎生理曲度的深度，并将此垂直横交线C确定为坐标轴，做过C与颈椎交点且垂直于C的直线，确定为另一坐标轴。
进一步地，步骤S52所述线性回归方法为：假定y＝a×xb，对两端取对数，将非线性方程化为线性方程lny＝lna+blnx，令u＝lny，A＝lna，v＝lnx，得到线性回归方程u＝A+bv，从而取得(xij，yij)→(vij，uij)的映射关系，再使用最小二乘法寻找函数匹配。为建立这一直线方程，需确定A和b，应用最小二乘法原理，以“实测值uij与计算值u(u＝A+bv)(*)的离差(uij-u)平方和∑(uij-u)2最小”为优化判据。
其中步骤S55中对仰卧状态下头枕高、颈枕高进行测量，并将测量值赋予3D打印硬质枕芯模型的步骤为：
S551:患者双目平视前方，自然站立，颈椎及颈部肌肉自然放松，平卧时头枕高(h1)为枕后隆突至背部最凸起部位垂线间的水平距离，颈枕高(h2)为后颈部最凹点至背部最凸起部位垂线间的水平距离。
S552：取S551中头枕高h1、颈枕高h2的测量值与聚丙烯骨架板厚度d的差值H1＝h1-d、H2＝h2-d作为3D打印硬质枕芯头枕高、颈枕高的实际赋值。
进一步地，步骤S56所述仰卧状态下颈枕长、颈枕宽测量方法为：患者双目平视前方，自然站立，颈椎及颈部肌肉自然放松，取颈枕长(L1)略大于两耳尖间的直线距离，颈枕宽(L2)为枕后隆突与两肩上端水平线间的垂直距离。
参见图4，所述智能辅疗系统包括控制系统(未图示)、慢回弹记忆棉软体包覆3及功能组件，所述慢回弹记忆棉软体包覆3对3D打印硬质枕芯1进行底面外的直接覆盖并且受到3D打印硬质枕芯1与聚丙烯骨架板侧面板卡槽25的固定；所述功能组件通过拉链结构实现在聚丙烯骨架板2上的拆卸，所述功能组件包括发热保暖层4、缓释中药层5、抗菌控温层6、防螨舒适层7、睡眠质量监测系统；所述发热保暖层4位于慢回弹记忆棉软体包覆3外侧，用于药物促渗与颈椎保暖，同时受控制系统的调控；所述缓释中药层5缝合于发热保暖层4外表面上对应颈椎的位置，用于缓解治疗时的不适并进行辅助治疗；所述抗菌控温层6位于发热保暖层外侧，用于调控枕头表面温度和杀灭体表细菌；所述防螨舒适层7位于抗菌控温层6外侧，与患者皮肤直接接触；所述睡眠质量监测系统包括两个温度传感器8、一个温湿度传感器9和一个声音传感器10与控制电路(未图示)，所述传感器8 9 10位于防螨舒适层7外表面；所述控制系统包括锂电池、控制电路、控制面板、MCU芯片与蓝牙模块，所述控制面板(未图示)位于聚丙烯骨架板侧面板22外表面，所述控制系统的其他组件位于该侧面板22内部。
锂电池提供的电压优选为12～36V；MCU芯片通过导线与温度传感器、温湿度传感器和声音传感器相连，用于处理传感器信号，得到表征患者睡眠状况的相关参数信息；所述蓝牙模块将相关参数信息传至云端，便于患者通过手机等移动终端进行查看；所述控制面板通过导线与MCU芯片及锂电池相连，用于实现患者对传感器、MCU芯片、蓝牙模块及发热保暖层的控制；所述发热保暖层开启后有三种档位：低温档40℃，中温档45℃，高温档50℃。
所述拉链结构用于实现发热保暖层4、缓释中药层5、抗菌控温层6、防螨舒适层7等功能组件在防治枕上的装配与拆卸。
参见图5，所述慢回弹记忆棉软体包覆3完全填充了3D打印硬质枕芯1的侧面与聚丙烯骨架板2间的空隙，同时对3D打印硬质枕芯1上符合患者颈椎自然曲度的曲面11进行了全方位覆盖；所述软体包覆3中间颈枕部位31略凹，两侧侧枕部位32略凸且高于头枕33部位，颈枕部位31中间与两侧平滑连接，两侧凸起用于实现侧卧状态下对完整头部的支撑，并适应侧卧时肩宽造成的侧枕部位32高度增加；所述慢回弹记忆棉通过模塑工艺进行制造，优选密度为40～70kg/m3；所述慢回弹记忆棉经模塑后，使用记忆棉加工装置对其进行切割、微调，使两侧凸起处侧枕高度与患者实际情况相吻合，且中间凹陷部分可与3D打印硬质枕芯1相契合：宽度一致，软体包覆略长，厚度可保证使用者获得舒适体验，且枕芯与软体相接处具有相同曲率半径；所述慢回弹记忆棉具有形似蜂窝的透气孔(未图示)，用于实现空气流通。
进一步地，所述慢回弹记忆棉侧枕高的测量方法包括以下步骤：
S1：被测量者直立平视前方,用刻度尺测量一侧锁骨下动脉搏动点距同侧肩峰的距离H3。
S2：换另一侧，使用同S1的方法，再次测量。
所述发热保暖层4通过聚丙烯骨架板2驼峰线上最内侧的拉链结构实现了在慢回弹记忆棉3上的覆盖与拆除；所述发热保暖层包括包覆整个软体的保暖层与设计于保暖面料内的发热装置；所述保暖层包括有棉、氨纶等；所述发热装置嵌入保暖面料本体内，由发热片和控制器组成；所述发热片为一块缝制有电热碳纤维的纤维布，粘贴于发热保暖层本体内对应颈椎的位置，厚度优选为0.2-2mm，大小可定制；所述电热碳纤维由3000根碳纤维细丝组成，端头通过导线与控制系统连接。
所述缓释中药层5包括有含药贴合层51和聚酯纤维无纺布袋52；所述聚酯纤维无纺布袋52进行过消毒杀菌处理后缝合于发热保暖层4外表面上对应颈椎的位置；所述聚酯纤维无纺布袋52表面设有拉链(未图示)，内盛含药贴合层51，更换药品时直接拉开拉链，更换含药贴合层；所述含药贴合层包括有中药与促渗剂，所述促渗剂与发热保暖层可共同促进中药的吸收。
所述含药贴合层由以下步骤获取：
S1：将药物除尘，水洗，炮制并粉碎。
S2：通过干式挤压法产生厚度为2μm、密度为6g/m2的聚酯无纺布层压薄膜。
S3：将处理过后的药物及皮肤促渗透组合物分散于二甲基亚砜溶液，将它们搅拌混合，并进行充分脱泡处理，得到含药物及皮肤促渗透组合的分散液。
S4：将S3所述分散液在聚酯剥离薄膜上拉升干燥，形成厚度约为60μm的含药贴合层，将其转运到厚度为2μm、密度为6g/m2的聚酯无纺布支持体中，按照实际需求对薄膜进行切割。
进一步地,所述抗菌控温层6通过聚丙烯骨架板2驼峰线上次内侧的拉链结构实现在颈椎枕上的装配与拆除，所述抗菌控温层包括有微囊化的相变材料正十八烷、纳米银基抗菌物质、纤维材料，所述抗菌控温层具有沟槽状截面，能快速排出人体熟睡时产生的汗液与湿气。所述纳米银基抗菌物质能够抑制600多种细菌，经测试，其抗菌有效性大于99％。所述微囊化的相变材料正十八烷通过固-液转化可以有效维持颈椎枕表面的温度，所述相变材料正十八烷的相变温度为35℃，所述相变材料微囊化后，能有效与空气中其他组分相对隔离，避免发生副反应而失效，且与外界环境相隔离，性质更加稳定，更有助于发挥调温功能且在织物纤维中分布更加均匀。
所述基于原位杂交的微囊化正十八烷由以下步骤获取：
S1:将5.0g十二烷基硫酸钠(SDS)、4.0g聚乙烯醇(PVA)、5.0gTriton X 100和5.0g间苯二酚溶解于100mL蒸馏水中，在20℃下使用转速300rpm的电磁搅拌器搅拌10分钟。
S2：向步骤S1制得的混合水溶液中相继加入30.0g尿素、19.0g正十八烷、5.2g氯化铵，在300rpm转速下搅拌，再用0.2mol/L的乙酸-乙酸钠缓冲液调节溶液pH为3.5-4.0。
S3：向步骤S2制得的混合溶液中加入质量分数37％的甲醛水溶液，持续搅拌，控制温度在50℃，反应40-60分钟。
S4：将步骤S3制得的溶液冷却至25℃，加入适量水，过滤，在密闭真空环境中干燥。
S5：重复S4操作直至除去所有甲醛。
所述防螨舒适层7通过聚丙烯骨架板2驼峰线上最外侧的拉链结构实现在颈椎枕上的装配与拆除，所述防螨舒适层以聚酯纤维、尼龙纤维为主要材质，所述聚酯纤维的质量分数优选为70％，所述尼龙纤维的质量分数优选为30％，所述防螨舒适层的纤维织物孔隙仅1μm，螨虫及其分泌物无法通过，且织物本身柔软细腻，轻柔舒适，能给予患者优良的使用体验。
本发明的所有传感器均采用特殊排布方式，利用模糊逻辑原理，能够准确地测量人体体温。所述传感器采集的数据可以有效检测使用者的睡眠质量，并可作为临床诊断的原始数据，有效检测患者的睡眠状况与打鼾情况。
参见图6，所述传感器的排布方式由以下步骤确定：
S1：以颈枕正面左下角端点为原点，沿长边建立x轴，宽边建立y轴，并确定单位长度。
S2：在横纵坐标满足(1,1)、(5,1)的防螨舒适层表面处分别放置一个温度传感器。
S3：在横纵坐标满足(3,1)的防螨舒适层表面处放置一个温湿度传感器。
S4：在横纵坐标满足(3,2.5)的防螨舒适层表面处放置一个声音传感器。
进一步地，步骤S1所述单位长度确定方法为：x轴单位长度为长的六分之一；y轴单位长度为宽的三分之一。
进一步地，步骤S2所述温度传感器优选为TMP112温度传感器。
进一步地，步骤S3所述温湿度传感器优选为SHT20温湿度传感器。
进一步地，步骤S4所述声音传感器优选为TZ-2KA噪声传感器。

Claims (10)

1.一种3D打印颈椎病防治枕，其特征在于，包括3D打印硬质枕芯(1)和骨架板(2)；所述3D打印硬质枕芯(1)固定于所述骨架板(2)上；所述3D打印硬质枕芯(1)上表面曲度与用户颈椎曲度匹配，且所述3D打印硬质枕芯(1)表面包覆有软体。
2.根据权利要求1所述的3D打印颈椎病防治枕，其特征在于，所述骨架板(2)包括底板(1)；所述底板(1)上设置有四个直角卡槽(23)；所述3D打印硬质枕芯(1)固定于所述底板(21)上，且所述硬质枕芯(1)的底面四个直角分别与四个直角卡槽(23)榫合。
3.根据权利要求2所述的3D打印颈椎病防治枕，其特征在于，所述底板(21)两侧边各与一块侧面板(22)铰接，所述侧面板(22)远离底板(21)的侧边设有固定条，且当所述侧面板(22)旋转到与所述底板(21)垂直时，所述固定条与所述软体侧边固定连接。
4.根据权利要求3所述的3D打印颈椎病防治枕，其特征在于，所述软体包括形状大小与所述3D打印硬质枕芯(1)形状大小匹配的本体(3)；所述本体(3)表面覆盖有发热保暖层(4)。
5.根据权利要求4所述的3D打印颈椎病防治枕，其特征在于，所述发热保暖层(4)表面覆盖有抗菌控温层(6)；所述抗菌控温层(6)表面覆盖有防螨舒适层(7)；优选地，所述发热保暖层(4)表面设置有缓释中药层(5)。
6.根据权利要求5所述的3D打印颈椎病防治枕，其特征在于，所述防螨舒适层(7)表面设置有温度传感器(8)、温湿度传感器(9)和声音传感器(10)；所述温度传感器(8)、温湿度传感器(9)、声音传感器(10)均与控制电路电连接；优选地，以颈枕正面左下角端点为原点，沿长边建立x轴，宽边建立y轴，确定单位长度；所述温度传感器(8)设置于横纵坐标满足(1,1)、(5,1)的防螨舒适层表面处；所述温湿度传感器(9)位于所述防螨舒适层(7)横纵坐标满足(3,1)的表面处；所述声音传感器(10)设置于横纵坐标满足(3,2.5)的防螨舒适层表面处。
7.一种3D打印硬质枕芯模型的获取方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对患者仰卧位颈椎C1-C7节段进行CT扫描，获得CT扫描DICOM格式数据；
2)对所述DICOM格式数据进行处理，得到包含C1-C7节段的图层数据；
3)导出处理后的患者C1-C7节段的图层数据，建立有限元模型；
4)对所述有限元模型进行应力分析，得到颈椎曲度正常的颈椎全节段有限元模型；
5)由正常的颈椎曲度模型导出3D打印硬质枕芯模型。
8.根据权利要求7所述的3D打印硬质枕芯模型的获取方法，其特征在于，步骤2)中，利用Mimics 17软件处理DICOM格式数据，具体实现过程包括：
1)通过蒙板编辑工具、阈值分割及区域增长工具去除锁骨、颅骨、软组织、胸椎，得到包含颈椎C1-C7节段的图层；
2)对所述包含颈椎C1-C7节段的图层的内部空洞进行修复及填充操作，使用Smoothing功能平滑表面，3D Calculate功能实体化图层，得到颈椎C1-C7节段的骨性模型；
3)使用REMESH模块对3D模型进行网格化。
9.根据权利要求9所述的3D打印硬质枕芯模型的获取方法，其特征在于，步骤5)的具体实现过程包括：
1)基于Borden氏测量法，由正常颈椎曲度获得平面直角坐标系以定位枕面曲线，该坐标系以颈椎纵深最大值处为原点，将枕面曲线分为两支；
2)基于所述平面直角坐标系，对两支枕面曲线进行线性回归分析，得到两根曲线；
3)对获得的两根曲线进行建模，获得STL格式3D模型；
4)对仰卧状态下头枕高、颈枕高进行测量，并将测量值赋予STL格式3D模型，对仰卧状态下颈枕长、颈枕宽进行测量，并将测量值赋予STL格式3D模型，得到3D打印硬质枕芯模型。
10.根据权利要求9所述的3D打印硬质枕芯模型的获取方法，其特征在于，将头枕高h1、颈枕高h2的测量值与聚丙烯骨架板厚度d的差值H1＝h1-d、H2＝h2-d作为3D打印硬质枕芯头枕高、颈枕高的实际赋值。
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