CN111317210A - 一种防止佩戴口罩与眼罩造成损伤的面部支架及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种防止佩戴口罩与眼罩造成损伤的面部支架及制造方法，包括步骤：(1)面部特征获取；(2)面部数据处理；(3)面部模型的构造；(4)面部支架形态选择；(5)面部支架模型的构造；(6)面部支架打印。通过颧部的有效支撑，减小对鼻梁部位的压迫感，使呼吸更加顺畅。为长时间佩戴口罩、眼镜与护目镜，提供了更安全、更舒适的感觉。

Description

一种防止佩戴口罩与眼罩造成损伤的面部支架及制造方法
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种防止佩戴口罩与眼罩造成损伤的面部支架及制造方法。
背景技术
在人们生活与工作中，在呼吸道传染病流行或在粉尘、雾面部特征图像等污染的环境中，空气中的病菌、粉尘等可通过呼吸进入人体肺部，对身体造成严重损害。口罩是一种常见的生活用品，一般指戴在口鼻部位用于过滤进入口鼻的空气，以达到阻挡有害的气体、气味及飞沫进出佩戴者口鼻的用具，以纱布或纸等制成。
防护眼镜，也叫眼罩。防护眼镜是个体防护装备中重要的组成部分，是为防止放射性、化学性、机械性和不同波长的光损伤而设计的。医用防护眼镜可以防止一些药水或血液等飞溅到脸部，对眼睛起保护作用，这种眼镜一般和口罩、手术帽配合使用，对医生的头部起到全面防护作用。
人们通常会佩戴口罩和眼罩，可以起到一定的过滤和防护作用。特别在传染病流行时的个人防护以及医护人员的工作中，口罩和眼罩的过滤作用使病菌、粉尘等不能轻易漏入,是必不可少的防护用品。
由于人们的生活与工作中由于长时间戴口罩、眼镜与防护眼镜而造成面颊、鼻部及耳部红肿、压痕等损伤也是比较严重。这属于医疗器械相关压力性损伤(medical devicerelated pressure injury,MDRPI)，顾名思义是由于使用医疗器械导致皮肤、皮下组织或粘膜等受压而出现压力性损伤，创面外形常与所用医疗器械的形状密切相关。对于长时间佩戴口罩者，此类损伤则易发生在人体的鼻、颧、颊、耳廓后等部位。特别是传染病疫情期间儿童也需要长期佩戴口罩，口罩的压力性损伤也会严重影响儿童面部成长，造成严重后果。
造成此类损伤的原因有以下几点：
1、压力。口罩按照面罩形状可以分为平面形、杯罩形或折叠形等，按照佩戴方式可分为耳挂式、绑带式或头带式。目前的口罩常为杯罩形或折叠形，具有一定硬度。防护眼镜、眼镜都有类似结构，利用压在面部及耳部的结构固定。长时间使用口罩与防护眼镜会造成局部持续受压缺血而发生皮肤损伤，尤其是鼻梁、颧骨和耳部等皮肤较薄的部位。普通人由于戴口罩时间短，出现皮肤损伤可能性小，但对于医务人员、特殊环境工作人员、儿童需长时间佩戴者，局部皮肤长时间受压则容易引发皮肤压力性损伤。
2、剪切力和摩擦力。鼻梁、颧骨和耳部的皮下组织并不丰富，摘戴口罩过程中易受边缘“剪切力”的影响，而耳挂式口罩两侧的弹性挂带常会在佩戴者讲话、活动时反复摩擦、压迫面部及耳部皮肤，进一步导致局部损伤。为了达到更好的密闭及防护效果，口罩边缘须尽量与面部紧密贴合，佩戴时固定力度较大，这也是造成摩擦损伤的因素。
3、潮湿。长时间佩戴口罩者，会因呼吸使面部和口罩之间形成潮湿环境，局部皮肤屏障功能降低，对于压力、剪切力和摩擦等耐受力进一步下降，加重损伤。
4、过敏。口罩材料包括金属夹、橡胶带等，对于少部分人来说是潜在过敏原，加上市场上流通的少量伪劣产品,使用者在佩戴时可能发生过敏情况。另外，在口罩、眼罩等物资急缺的特殊情况下，如果口罩长时间未使用，或已佩戴较长时间，都会导致口罩内病菌滋生，进而引起皮肤红肿瘙痒发炎等。
5、尺寸不合适。口罩大小不合适，不仅影响隔离密闭效果，还会因过紧或宽松等不适增加出现压力、剪切力等损伤的风险。
目前减小因长时间佩戴口罩造成面部机械性压力损伤的方式有以下几个：
1、加宽口罩，边缘宽则皮肤受力面积增加，降低局部皮肤受力。相比于杯罩形，平面形口罩的压力较小。但在特殊环境下，如隔离区医务人员等需按防护要求无法佩戴平面型口罩。
2、选择非耳挂式口罩如绑带式，可减少对耳后皮肤的摩擦及压力。
3、对易过敏者，佩戴前应检查口罩说明书，了解口罩材质，避开过敏成分，同时避免使用伪劣产品。
4、戴口罩前面部预防性涂抹护肤润肤霜等，减少口罩边缘摩擦对皮肤的刺激。
5、使用预防性敷料。泡沫敷料、透明薄膜敷料和水胶体敷料均可用于预防压力性损伤。在鼻梁、颧骨和耳后选择性使用上述辅料可衬垫压力，缓冲和保护皮肤免受剪切力、摩擦和潮湿的影响。
6、也有利用牛奶箱提手，挂口罩耳绳的方式。但是友谊牛奶盒较短，挂上之后使耳绳拉伸加大，更加加重了对面部的压力，反而会加重损伤。
7、针对长时间佩戴眼镜，暂无较好的解决方案。
然而以上方案只能稍微缓解面部机械性压力损伤程度，无法实质解决问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防止佩戴口罩与眼罩造成损伤的面部支架及制造方法来解决上述难题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种防止佩戴口罩与眼罩造成损伤的面部支架制造方法，包括步骤：
(1)面部特征获取：利用扫描装置对使用者的面部进行扫描，获取使用者的面部特征；
(2)面部数据处理：对扫描获取的面部特征数据进行预处理；
(3)面部模型的构造：根据预处理后的面部数据，构造使用者完整的面部模型；
(4)面部支架形态选择：根据使用者的个体需求选择相适应的面部支架形态；
(5)面部支架模型的构造：根据使用者面部模型以及面部支架形态的选择建立面部支架模型；
(6)面部支架打印：将所构造的面部支架模型导出并进行3D打印制作。
作为本发明的一种改进，在步骤面部特征获取中，所述扫描装置为手持式三维激光扫描仪。采用手持式三维激光扫描仪主要是从操作方便快捷的方面考虑，若对扫描的准确性、稳定性有一定要求，也可采用固定式扫描设备对人体面部特征进行智能扫描。
作为本发明的一种改进，在步骤面部数据处理中，所述预处理为去噪处理、部位提取处理、网格化处理、补洞处理的一种或多种组合。
作为本发明的一种改进，在步骤面部支架形态选择中，所述面部支架形态包括：杯罩型口罩形态、平面型口罩形态、护目镜口罩配合形态、护目镜形态、眼睛佩戴形态、镜片安装形态。
作为本发明的一种改进，在杯罩型口罩形态、平面型口罩形态中，所述面部支架模型还设置有耳带挂点。
作为本发明的一种改进，在步骤面部支架形态选择中，所述使用者的个体需求包括使用者头部轮廓、佩戴习惯。
作为本发明的一种改进，在步骤面部特征获取中，扫描装置获取使用者的面部特征包括以下步骤：
步骤一：基于人脸特征，识别额头中点以及鼻尖顶点，并将二者连接成线从而将人脸划分为左右对称的两个分区，两个分区分别设为扫描建数区和对称覆盖区；
步骤二：基于所述扫描装置的摄取扫描，获得多幅形状尺寸相同的使用者面部特征图像，从而构成面部特征图像集；
步骤三：采用非参数密度估计法对每个面部特征图像在使用者的面部三维位置进行概率估算，估算公式为：
Figure BDA0002408987550000051
Figure BDA0002408987550000052
Figure BDA0002408987550000053
在式中，
Figure BDA0002408987550000054
为面部特征图像的第一坐标的概率值，
Figure BDA0002408987550000055
为面部特征图像的第二坐标的概率值，
Figure BDA0002408987550000056
为面部特征图像的第三坐标的概率值；
步骤四：基于上述各个坐标的概率值确定各个面部特征图像所在位置并标记，同时并进行校验，校验公式为：
Figure BDA0002408987550000057
在式中，Ai表示目标i未在扫描建数区的区域面积；
步骤五：根据各个面部特征图像在使用者的面部位置，构成一完整的扫描建数区的图像，并根据扫描建数区的图像通过对称覆盖处理将扫描建数区的图像对称复制到对称覆盖区上，使扫描建数区与对称覆盖区共同构成一个完整的使用者面部模型。
一种防止佩戴口罩与眼罩造成损伤的面部支架，由上述制作方法制造而成，所述面部支架在鼻、颧、颊、耳廓后部位的弯曲角度与所述面部模型的弯曲角度保持一致，且所述面部支架由柔性材料制成。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的工作流程图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的杯罩型口罩形态；
图4为本发明的平面型口罩形态；
图5为本发明的护目镜口罩配合形态；
图6为本发明的眼睛佩戴形态；
图7为本发明的镜片安装形态。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，一种防止佩戴口罩与眼罩造成损伤的面部支架制造方法，包括步骤：
(1)面部特征获取：利用扫描装置对使用者的面部进行扫描，获取使用者的面部特征；所述扫描装置为手持式三维激光扫描仪；采用手持式三维激光扫描仪主要是从操作方便快捷的方面考虑，若对扫描的准确性、稳定性有一定要求，也可采用固定式扫描设备对人体面部特征进行智能扫描。
(2)面部数据处理：对扫描获取的面部特征数据进行预处理；
(3)面部模型的构造：根据预处理后的面部数据，构造使用者完整的面部模型；
(4)面部支架形态选择：根据使用者的个体需求选择相适应的面部支架形态；所述使用者的个体需求包括使用者头部轮廓、佩戴习惯；
(5)面部支架模型的构造：根据使用者面部模型以及面部支架形态的选择建立面部支架模型；
(6)面部支架打印：将所构造的面部支架模型导出并进行3D打印制作。
上述技术方案的工作原理：面部支架的作用是提供一个将口罩、护目镜与使用者的面部相互密闭隔离的装置，即将舒适度较高的面部支架事先固定佩戴在使用者的脸部，再将口罩及护目镜配合固定在所述面部支架上。而面部支架的制作方式为通过对使用者面部鼻、颧、颊、耳廓后等部位进行环绕三维扫描，设计符合使用者面部结构的外固定支具，包裹住鼻、颧、颊一直到耳廓后等部位，并采用光敏树脂、超轻高强度金属或尼龙材料制作出来，采用松紧带相结合的结构，环绕至后脑的方式进行固定。支架内外采用符合卫生、环保、安全、医疗要求的硅胶等不刺激皮肤的柔软材料进行包裹。增加支架与皮肤接触的舒适度，同时超薄结构设计加上外部柔软材料也会与通用口罩及护目镜紧密结合，保证密闭要求。
上述技术方案的有益效果：这样制作出的外固定支具轻便，贴合使用者头面部肢体部位，能够起到了良好的支撑固定和分散压力的效果。将口罩、眼镜及护目镜上部佩戴于支具之外，压力同时作用在支具上。同时将口罩耳带或眼镜架固定在支具耳廓后的固定位置，代替耳部做为拉力压力支点，通过加大支具与面部的受力面积，将来自口罩、眼镜及护目镜的拉力压力伤害减小到最小程度。通过颧部的有效支撑，减小对鼻梁部位的压迫感，使呼吸更加顺畅。为长时间佩戴口罩、眼镜与护目镜，提供了更安全、更舒适的感觉。
作为本发明的一个实施例，在步骤面部数据处理中，所述预处理为去噪处理、部位提取处理、网格化处理、补洞处理的一种或多种组合。
上述技术方案的工作原理及有益效果：经扫描装置获得的使用者的面部特征数据为原始数据，由其构成的人脸面部特征过于粗糙，而且还存在一些尚未扫描到的部位，因此需对扫描装置所获取的数据进行处理，对这些原始数据进行去噪、部位提取、网格化、补洞处理后，可以得到表面光滑的完整头面部模型。
作为本发明的一个实施例，在步骤面部支架形态选择中，所述面部支架形态包括：杯罩型口罩形态、平面型口罩形态、护目镜口罩配合形态、护目镜形态、眼睛佩戴形态、镜片安装形态。
此外，在面部支架形态选择中，还包括批量生产形态。
批量生产形态是根据大量使用者面部3D扫描数据，可利用大数据分析，制作不同款式的通用规格面部支架。由使用人员试戴选择适合自己的产品直接使用。个别部位可以利用硅胶等软材料进行补充以实现舒适与密闭效果。
上述技术方案的工作原理及有益效果：面部支架在制作时，对应使用场景也有相适应的形状特性。当使用杯罩型口罩时面部支架为杯罩型口罩形态；当使用平面型口罩时面部支架为平面型口罩形态；当需要同时佩戴口罩及护目镜时面部支架为护目镜口罩配合形态；当只佩戴护目镜时面部支架为护目镜形态；当只佩戴普通眼镜时面部支架为眼睛佩戴形态；此外面部支架还有将镜片直接固定在面部支架的安装形态。
作为本发明的一个实施例，在杯罩型口罩形态、平面型口罩形态中，所述面部支架模型还设置有耳带挂点。
上述技术方案的工作原理及有益效果：在面部支架的两侧分别设置耳带挂点的作用是用于连接口罩上的两个耳带，将口罩固定在面部支架上。
作为本发明的一个实施例，在步骤面部特征获取中，扫描装置获取使用者的面部特征包括以下步骤：
步骤一：基于人脸特征，识别额头中点以及鼻尖顶点，并将二者连接成线从而将人脸划分为左右对称的两个分区，两个分区分别设为扫描建数区和对称覆盖区；
步骤二：基于所述扫描装置的摄取扫描，获得多幅形状尺寸相同的使用者面部特征图像，从而构成面部特征图像集；
步骤三：采用非参数密度估计法对每个面部特征图像在使用者的面部三维位置进行概率估算，估算公式为：
Figure BDA0002408987550000091
Figure BDA0002408987550000092
Figure BDA0002408987550000093
在式中，
Figure BDA0002408987550000094
为面部特征图像的第一坐标的概率值，
Figure BDA0002408987550000095
为面部特征图像的第二坐标的概率值，
Figure BDA0002408987550000096
为面部特征图像的第三坐标的概率值；
步骤四：基于上述各个坐标的概率值确定各个面部特征图像所在位置并标记，同时并进行校验，校验公式为：
Figure BDA0002408987550000097
在式中，Ai表示目标i未在扫描建数区的区域面积；
步骤五：根据各个面部特征图像在使用者的面部位置，构成一完整的扫描建数区的图像，并根据扫描建数区的图像通过对称覆盖处理将扫描建数区的图像对称复制到对称覆盖区上，使扫描建数区与对称覆盖区共同构成一个完整的使用者面部模型。
上述技术方案的工作原理及有益效果：在使用扫描装置对使用者的面部特征进行提取时，由于扫描装置的扫描图像为尺寸大小相同的图片，因此需要对这些扫描图形进行排序以构成一个完整的人脸面部模型。具体是对每一个面部特征图像进行位置确定，通过上述非参数密度估计法的计算公式进行计算，根据计算的概率值确定每一个面部特征图像所对应的位置从而构成一个完整的面部特征模型。
一种防止佩戴口罩与眼罩造成损伤的面部支架，由上述制作方法制造而成，所述面部支架在鼻、颧、颊、耳廓后部位的弯曲角度与所述面部模型的弯曲角度保持一致，且所述面部支架由柔性材料制成。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内中。

Claims (8)

1.一种防止佩戴口罩与眼罩造成损伤的面部支架制造方法，其特征在于，包括步骤：
(1)面部特征获取：利用扫描装置对使用者的面部进行扫描，获取使用者的面部特征；
(2)面部数据处理：对扫描获取的面部特征数据进行预处理；
(3)面部模型的构造：根据预处理后的面部数据，构造使用者完整的面部模型；
(4)面部支架形态选择：根据使用者的个体需求选择相适应的面部支架形态；
(5)面部支架模型的构造：根据使用者面部模型以及面部支架形态的选择建立面部支架模型；
(6)面部支架打印：将所构造的面部支架模型导出并进行3D打印制作。
2.根据权利要求1所述的一种防止佩戴口罩与眼罩造成损伤的面部支架制造方法，其特征在于：在步骤面部特征获取中，所述扫描装置为手持式三维激光扫描仪。
3.根据权利要求1所述的一种防止佩戴口罩与眼罩造成损伤的面部支架制造方法，其特征在于：在步骤面部数据处理中，所述预处理为去噪处理、部位提取处理、网格化处理、补洞处理的一种或多种组合。
4.根据权利要求1所述的一种防止佩戴口罩与眼罩造成损伤的面部支架制造方法，其特征在于：在步骤面部支架形态选择中，所述面部支架形态包括：杯罩型口罩形态、平面型口罩形态、护目镜口罩配合形态、护目镜形态、眼睛佩戴形态、镜片安装形态。
5.根据权利要求4所述的一种防止佩戴口罩与眼罩造成损伤的面部支架制造方法，其特征在于：在杯罩型口罩形态、平面型口罩形态中，所述面部支架模型还设置有耳带挂点。
6.根据权利要求1所述的一种防止佩戴口罩与眼罩造成损伤的面部支架制造方法，其特征在于：在步骤面部支架形态选择中，所述使用者的个体需求包括使用者头部轮廓、佩戴习惯。
7.根据权利要求1所述的一种防止佩戴口罩与眼罩造成损伤的面部支架制造方法，其特征在于：在步骤面部特征获取中，扫描装置获取使用者的面部特征包括以下步骤：
步骤一：基于人脸特征，识别额头中点以及鼻尖顶点，并将二者连接成线从而将人脸划分为左右对称的两个分区，两个分区分别设为扫描建数区和对称覆盖区；
步骤二：基于所述扫描装置的摄取扫描，获得多幅形状尺寸相同的使用者面部特征图像，从而构成面部特征图像集；
步骤三：采用非参数密度估计法对每个面部特征图像在使用者的面部三维位置进行概率估算，估算公式为：
Figure FDA0002408987540000021
Figure FDA0002408987540000022
Figure FDA0002408987540000023
在式中，
Figure FDA0002408987540000024
为面部特征图像的第一坐标的概率值，
Figure FDA0002408987540000025
为面部特征图像的第二坐标的概率值，
Figure FDA0002408987540000026
为面部特征图像的第三坐标的概率值；
步骤四：基于上述各个坐标的概率值确定各个面部特征图像所在位置并标记，同时并进行校验，校验公式为：
Figure FDA0002408987540000027
在式中，Ai表示目标i未在扫描建数区的区域面积；
步骤五：根据各个面部特征图像在使用者的面部位置，构成一完整的扫描建数区的图像，并根据扫描建数区的图像通过对称覆盖处理将扫描建数区的图像对称复制到对称覆盖区上，使扫描建数区与对称覆盖区共同构成一个完整的使用者面部模型。
8.一种防止佩戴口罩与眼罩造成损伤的面部支架，其特征在于：由权利要求1所述的制作方法制造而成，所述面部支架在鼻、颧、颊、耳廓后部位的弯曲角度与所述面部模型的弯曲角度保持一致，且所述面部支架由柔性材料制成。
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