專利名稱：一種唇腭裂外鼻矯治器數字化制備方法
技術領域：
本發明屬于醫學領域的先天性唇腭裂外鼻畸形非創傷性矯形治療方法，具體涉及一種唇腭裂外鼻畸形矯治器數字化制備方法。
背景技術：
唇腭裂是最常見的先天性頜面缺損畸形之一，在中國的發病率約占出生人口率的七百分之一，據統計我國至少有240萬唇腭裂患者，其中約70%伴有明顯的外鼻畸形。在患兒新生兒期進行唇腭裂外鼻畸形的術前早期矯治是目前該領域內最熱點研究之一，該方法原理是利用單側唇腭裂患兒機體處于快速生長發育期的潛能，參照患兒健側外鼻形態，利用人工設計制作的外鼻矯治器對畸形側外鼻鼻翼形態進行糾正，引導其逐漸塑形發育并最終達到與健康側外鼻形態對稱一致。現有臨床研究均證明在患兒出生后新生兒期進行此項治療，能以非創傷性方式最大限度矯正外鼻畸形，從而極大改善唇腭裂手術外鼻美觀修復 效果并降低手術難度和風險。但是現在國內外各種唇腭裂外鼻矯治器均完全依靠醫師主觀經驗設計，采取純手工方式制作，治療隨意性大，制作精度不穩定，對治療過程和效果難以預計。在我國僅有少數唇腭裂治療專科中心能夠開展此項治療，嚴重限制了該技術在我國的推廣應用。

發明內容
本發明的目的是提供一種唇腭裂外鼻矯治器數字化制備方法，以便實現外鼻畸形矯治的全程預控與分步實施，為唇腭裂患者提供科學、高效的個體化治療方法。本發明采用的技術方案是一種唇腭裂外鼻矯治器數字化制備方法，其特征是至少包括如下步驟
I)采集唇腭裂患兒面部三維數據采用3d MD Face可見光三維掃描儀對唇腭裂患兒進行面部直接掃描；將一束隨機光柵投射到患兒面部，然后通過在2個不同位置和方向的協同照相系統對患兒面部進行同步攝影，生成一個連續的點云，獲取唇腭裂患兒面部的2幅數字圖像，經捆綁調整、圖像處理匹配等處理及數字計算，得到患兒外鼻-唇裂面部的三維數據；
2)三維重建唇裂患兒面部數字化模型調取步驟I中獲取的患兒面部原始三維數據，通過三維重建去除多余的雜點與壞點，得到完整的患兒面部三維模型；將面部三維模型通過逆向工程的方式封裝重構為三維面片模型；
3)依據三維面片模型建造外鼻矯治器數字化模型數字化模型包括鼻撐C、橋體B、基托A ;
4)通過快速成型技術依據數字化模型制作的鼻撐、橋體、基托建造實體模型鼻撐C、橋體B、基托A ;
5)臨床應用外鼻矯治器實體模型將步驟4中加工完成的外鼻矯治器實體模型基托A緊貼并固定于患兒面部眉間、鼻根及額部組織的相應區域，此時鼻撐C恰位于患兒畸形外鼻的外上方，其形態位置與患兒健側外鼻鼻翼相對稱一致，兩者間通過橋體B相連；鼻撐C即為外鼻矯治器對畸形側外鼻鼻翼形態進行糾正，引導其逐漸塑形發育并最終達到與健康側外鼻形態對稱一致的功能部件。所述的建造外鼻矯治器數字化模型中的鼻撐C、橋體B、基托A具體步驟如下
A.校準模型三維坐標系在Geomagic11. O逆向工程軟件中打開步驟2中獲取的數據，利用軟件“對象移動器”工具調整軟件系統視圖，利用“重新定位”工具將患兒面部三維數據校準至與患兒自然頭位狀態面形一致；并將眉間點定位為坐標原點；
B.選擇模型鏡像對稱平面選取患兒面部眉間點、鼻尖、頦部三點并構成一個平面，以該平面作為患兒面部矢狀正中面；通過軟件“刷筆”工具選取患兒健側外鼻鼻翼面片數據，創建其邊界；
C.設計矯治器中“鼻撐”部件數據以患兒面部矢狀正中面為對稱平面，應用軟件鏡像翻轉設計功能，點擊軟件“拾取平面”選項中“僅翻轉”工具，將患兒健側外鼻鼻翼面片數據對稱翻轉至對側創建邊界選取患側翻轉后的鼻翼，將該面片數據保存命名為“鼻撐”;利用軟件中“抽殼”工具賦予該面片數據實體厚度為2mm ；
D.設計矯治器中“基托”部件數據打開步驟2中獲取的中獲取的數據，選取患兒眉間、鼻根及額部組織相對堅硬的梯形區域設計矯治器基托A，該梯形區域以瞳孔連線作為下邊界，雙側眉毛弧形頂點為其上邊界，兩側依據外鼻鼻根形態設計左右邊界，左右邊界要求距離雙側內眥點3-5mm，將該區域面片數據保存命名為“基托”;利用軟件中“抽殼”工具賦予該面片數據實體厚度為2mm ；
E.設計矯治器中“橋體”部件數據在Magic逆向工程軟件中同時打開“鼻撐”與“基托”文件，單擊系統選擇“合并”選項將二者合并生成同一個坐標系模型文件；利用Magic軟件中“橋架設計”工具設計出“彳”拱橋性連接結構 一端與“鼻撐”部件的幾何中心區域相連，另一端與“基托”部件的下邊界相連；“彳”拱橋性連接結構寬度設計為5_，并利用軟件中“抽殼”工具賦予其實體厚度為2mm 鼻撐”、“橋體”、“基托”三個部件共同構成數字化制備的外鼻矯治器模型。所述的建造實體模型鼻撐C、橋體B、基托A包括如下步驟
A.自動分層離散模型文件形成分層加工文件將“數字化外鼻矯治器stl文件導入Magic逆向工程軟件中進行切片，運行Magics軟件，打開machine setup命令，導入AFS-360型機器工作平臺執行“Slice”切片命令進行切片，切片參數設置為Z軸方向放大
O.5%，切片層厚=0. 15mm，刀具補償=0.1，切片完成后自動以.cli格式存儲；
運行ArpS2000 V4激光掃描路徑與優化軟件，分別打開.cli文件，檢驗數據格式是否正確，檢驗數據正確后，輸出“數字化外鼻矯治器” .afi格式的RP機器代碼文件；
加工輸出選項掃描方向為X、Y方向交替、不掃描輪廓、路徑優化原則為深度-廣度混合原則；PSB成型粉加工輸出選項掃描方向為X、Y方向交替、掃描輪廓、路徑優化原則為深度-廣度混合原則；
B.自動分層堆積加工出外鼻矯治器實體模型開啟AFS-360激光成型機，運行Afswin320自動成型系統控制軟件，輸入“數字化外鼻矯治器”的.afi文件，加工工藝參數設置為掃描半徑(In) =17. 32 ;激光功率按百分比內部激光功率=28，外部激光功率=18，支撐功率=14 ;溫度曲線設置預鋪粉50層，溫度115°C，加工溫度119-100°C，加工后鋪粉30層，溫度100°C，最終溫度50°C，溫度誤差2V ;溫控表參數OPL為9，OPH為65 ;激光光斑直徑為O. 3mm。打開各項開關開始加工，加工完成后，自然冷卻至室溫，拿出加工好的“數字化外鼻矯治器”原型件，清除多余粉末，試件加工完成；
將E1000環氧樹脂雙組分按比例充分混合，涂刷“數字化外鼻矯治器”原型件使其充分浸透，靜置4-6小時；
40°C加熱4-6小時使環氧樹脂充分結固，獲得最終的“數字化外鼻矯治器”實體模型。本發明的優點是目的是基于可見光三維掃描、逆向工程及快速成型等多種計算機輔助設計與加工技術，首次為唇腭裂患者提供一種外鼻畸形矯治器數字化精確設計和自動化加工方法，該方法可以參照患兒健側外鼻形態精準實現對畸形側外鼻畸形矯治的三維設計，并自動精確加工出外鼻矯治器實體模型，從而保證整個外鼻矯治過程的科學可控。本 發明可以保證幫助唇腭裂患兒畸形側外鼻位置形態與患兒健側外鼻鼻翼對稱一致，外鼻矯治器的加工過程也由現有的單純手工制作改為由計算機控制自動加工，保證了矯治器的制作精度，從而為唇腭裂患者提供了一種標準、快捷的個體化治療方法，利于該項技術在臨床的普及應用。


下面結合實施例附圖對本發明作進一步說明
圖1是本發明結構示意 圖2是本發明放置于唇腭裂患兒面部示意 圖中A、基托；B、橋體；C、鼻撐。
具體實施例方式本發明采用的技術方案是一種唇腭裂外鼻矯治器數字化制備方法，其具體技術手段如下
I)采集唇腭裂患兒面部三維數據采用3d MD Face可見光三維掃描儀對唇腭裂患兒進行面部直接掃描；將一束隨機光柵投射到患兒面部，然后通過在2個不同位置和方向的協同照相系統對患兒面部進行同步攝影，生成一個連續的點云，獲取唇腭裂患兒面部的2幅數字圖像，經捆綁調整、圖像處理匹配等處理及數字計算，得到患兒外鼻-唇裂面部的三維數據；
2)三維重建唇裂患兒面部數字化模型調取步驟I中獲取的患兒面部原始三維數據，通過三維重建去除多余的雜點與壞點，得到完整的患兒面部三維模型；將面部三維模型通過逆向工程的方式封裝重構為三維面片模型；
3)依據三維面片模型建造外鼻矯治器數字化模型數字化模型包括鼻撐C、橋體B、基托A ;
建造外鼻矯治器數字化模型中的鼻撐C、橋體B、基托A具體步驟如下
A.校準模型三維坐標系在Geomagic 11. O逆向工程軟件中打開步驟2中獲取的.wrp格式文件，利用軟件“對象移動器”工具調整軟件系統視圖，利用“重新定位”工具將患兒面部三維數據校準至與患兒自然頭位狀態面形一致。并將眉間點定位為坐標原點。.選擇模型鏡像對稱平面選取患兒面部眉間點、鼻尖、頦部三點并構成一個平面，以該平面作為患兒面部矢狀正中面。通過軟件“刷筆”工具選取患兒健側外鼻鼻翼面片數據，創建其邊界，復制備用。.設計矯治器中“鼻撐”部件數據以患兒面部矢狀正中面為對稱平面，應用軟件鏡像翻轉設計功能，點擊軟件“拾取平面”選項中“僅翻轉”工具，將患兒健側外鼻鼻翼面片數據對稱翻轉至對側創建邊界選取患側翻轉后的鼻翼，將該面片數據保存命名為“鼻撐”。“鼻撐”部件在整個唇腭裂外鼻矯治器中起到直接糾正外鼻畸形作用，弓I導其逐漸發育塑形直至與健側外鼻形態對稱一致。利用軟件中“抽殼”工具賦予該面片數據實體厚度為2·mm，以.stl格式存盤。設計矯治器中“基托”部件數據打開步驟2中獲取的.wrp格式文件，選取患兒眉間、鼻根及額部組織相對堅硬的梯形區域設計矯治器“基托”部件，該梯形區域以瞳孔連線作為下邊界，雙側眉毛弧形頂點為其上邊界，兩側依據外鼻鼻根形態設計左右邊界，左右邊界要求距離雙側內眥點3-5mm。將該區域面片數據保存命名為“基托”。“基托”部件起到在患兒面部準確定位整個外鼻矯治器的作用，保證矯治器中“鼻撐”部件能夠放置到預先設計的位置。利用軟件中“抽殼”工具賦予該面片數據實體厚度為2mm，以.stl格式存盤。設計矯治器中“橋體”部件數據在Magic逆向工程軟件(Materiallise，比利時)中同時打開“鼻撐”與“基托”文件，單擊系統選擇“合并”選項將二者合并生成同一個坐標系模型文件；利用Magic軟件中“橋架設計”工具設計出“彳”拱橋性連接結構一端與“鼻撐”部件的幾何中心區域相連，另一端與“基托”部件的下邊界相連。“彳”拱橋性連接結構寬度設計為5mm，并利用軟件中“抽殼”工具賦予其實體厚度為2_。“鼻撐”、“橋體”、“基托”三個部件共同構成數字化制備的外鼻矯治器模型。通過Magic逆向工程軟件將上述文件合并，命名為“數字化外鼻矯治器”文件，以.stl格式導出存盤。)通過快速成型技術依據數字化模型制作的鼻撐、橋體、基托建造實體模型鼻撐C、橋體B、基托A，具體方法如下
A.自動分層離散模型文件形成分層加工文件將“數字化外鼻矯治器stl文件導入Magic逆向工程軟件中進行切片，根據AFS-360激光成型機(隆源自動成型系統有限公司，北京)聚苯乙烯成型粉(PSB)材料加工要求,運行Magics軟件,打開machine setup命令，導入AFS-360型機器工作平臺執行“Slice”切片命令進行切片，切片參數設置為Z軸方向放大0.5%，切片層厚=0. 15mm，刀具補償=0.1。切片完成后自動以.cli格式存儲。運行Arps2000 V4激光掃描路徑與優化軟件(隆源自動成型系統有限公司，北京)，分別打開.cli文件，檢驗數據格式是否正確，檢驗數據正確后，輸出“數字化外鼻矯治器afi格式的RP機器代碼文件。加工輸出選項掃描方向為X、Y方向交替、不掃描輪廓、路徑優化原則為深度-廣度混合原則；PSB成型粉加工輸出選項掃描方向為X、Y方向交替、掃描輪廓、路徑優化原則為深度-廣度混合原則。.自動分層堆積加工出外鼻矯治器實體模型開啟AFS-360激光成型機，運行Afswin320自動成型系統控制軟件(北京隆源自動成型系統有限公司)，輸入“數字化外鼻矯治器”的.afi文件，主要加工工藝參數設置為掃描半徑(In) =17. 32 ;激光功率(百分t匕，％):內部激光功率=28，外部激光功率=18，支撐功率=14 ;溫度曲線設置預鋪粉50層，溫度115°C，加工溫度119-100°C，加工后鋪粉30層，溫度100°C，最終溫度50°C，溫度誤差
2V ;溫控表參數0PL為9，OPH為65 ;激光光斑直徑為O. 3mm。打開各項開關開始加工，力口工完成后，自然冷卻至室溫，拿出加工好的“數字化外鼻矯治器”原型件，清除多余粉末，試件加工完成。將ElOOO環氧樹脂雙組分按比例充分混合，涂刷“數字化外鼻矯治器”原型件使其充分浸透，靜置4-6小時，40°C加熱4-6小時使環氧樹脂充分結固，獲得最終的“數字化外鼻矯治器”實體模型。)臨床應用外鼻矯治器實體模型將步驟4中加工完成的外鼻矯治器實體模型基托A緊貼并固定于患兒面部眉間、鼻根及額部組織的相應區域，此時鼻撐C恰位于患兒畸形外鼻的外上方，其形態位置與患兒健側外鼻鼻翼相對稱一致，兩者間通過橋體B相連；鼻撐C即為外鼻矯治器對畸形側外鼻鼻翼形態進行糾正，引導其逐漸塑形發育并最終達到與健康側外鼻形態對稱一致的功能部件。具體使用時需要與患兒口內預先制作好的腭裂矯治器聯合使用在口內腭裂矯治器同側固位柱上固定適當長度的牙科用不銹鋼絲(O. 9mm直徑)，向口外畸形鼻翼外上方彎曲，末端打圈；將鼻撐矯治器模型在患者面部就位后，調節牙科用不銹鋼絲末端位置，使其與外鼻矯治器中“鼻翼“部件內表面緊密貼合，然后利用牙科自凝樹脂將兩者粘接固定為一 體；此時用牙科鉆頭沿外鼻矯治器“橋體”與“鼻撐部件”交界處將兩者切開分離，移除外鼻矯治器“橋體”與“基托”部件；仔細打磨拋光“鼻撐”部件相應區域表面平整光滑，將“鼻撐”放置于患兒畸形側外鼻鼻翼內側，即可對外鼻畸形發育起到良好糾正塑形作用，最終使其與患兒健側外鼻鼻翼形態對稱一致。
本實施例沒有詳細敘述的部分和英文縮寫屬本行業的公知常識，在網上可以搜索到，這里不一一敘述。
權利要求
1.一種唇腭裂外鼻矯治器數字化制備方法，其特征是至少包括如下步驟I)采集唇腭裂患兒面部三維數據采用3d MD Face可見光三維掃描儀對唇腭裂患兒進行面部直接掃描；將一束隨機光柵投射到患兒面部，然后通過在2個不同位置和方向的協同照相系統對患兒面部進行同步攝影，生成一個連續的點云，獲取唇腭裂患兒面部的2幅數字圖像，經捆綁調整、圖像處理匹配等處理及數字計算，得到患兒外鼻-唇裂面部的三維數據；2)三維重建唇裂患兒面部數字化模型調取步驟I中獲取的患兒面部原始三維數據， 通過三維重建去除多余的雜點與壞點，得到完整的患兒面部三維模型；將面部三維模型通過逆向工程的方式封裝重構為三維面片模型；3)依據三維面片模型建造外鼻矯治器數字化模型數字化模型包括鼻撐C、橋體B、基托A ;4)通過快速成型技術依據數字化模型制作的鼻撐、橋體、基托建造實體模型鼻撐C、橋體B、基托A ;5)臨床應用外鼻矯治器實體模型將步驟4中加工完成的外鼻矯治器實體模型基托A 緊貼并固定于患兒面部眉間、鼻根及額部組織的相應區域，此時鼻撐C恰位于患兒畸形外鼻的外上方，其形態位置與患兒健側外鼻鼻翼相對稱一致，兩者間通過橋體B相連；鼻撐C 即為外鼻矯治器對畸形側外鼻鼻翼形態進行糾正，引導其逐漸塑形發育并最終達到與健康側外鼻形態對稱一致的功能部件。
2.根據權利要求1所述的一種唇腭裂外鼻矯治器數字化制備方法，其特征是所述的建造外鼻矯治器數字化模型中的鼻撐C、橋體B、基托A具體步驟如下A.校準模型三維坐標系在Geomagic11. O逆向工程軟件中打開步驟2中獲取的數據，利用軟件“對象移動器”工具調整軟件系統視圖，利用“重新定位”工具將患兒面部三維數據校準至與患兒自然頭位狀態面形一致；并將眉間點定位為坐標原點；B.選擇模型鏡像對稱平面選取患兒面部眉間點、鼻尖、頦部三點并構成一個平面，以該平面作為患兒面部矢狀正中面；通過軟件“刷筆”工具選取患兒健側外鼻鼻翼面片數據， 創建其邊界；C.設計矯治器中“鼻撐”部件數據以患兒面部矢狀正中面為對稱平面，應用軟件鏡像翻轉設計功能，點擊軟件“拾取平面”選項中“僅翻轉”工具，將患兒健側外鼻鼻翼面片數據對稱翻轉至對側創建邊界選取患側翻轉后的鼻翼，將該面片數據保存命名為“鼻撐”;利用軟件中“抽殼”工具賦予該面片數據實體厚度為2mm ；D.設計矯治器中“基托”部件數據打開步驟2中獲取的中獲取的數據，選取患兒眉間、鼻根及額部組織相對堅硬的梯形區域設計矯治器基托A，該梯形區域以瞳孔連線作為下邊界，雙側眉毛弧形頂點為其上邊界，兩側依據外鼻鼻根形態設計左右邊界，左右邊界要求距離雙側內眥點3-5mm，將該區域面片數據保存命名為“基托”;利用軟件中“抽殼”工具賦予該面片數據實體厚度為2mm ；E.設計矯治器中“橋體”部件數據在Magic逆向工程軟件中同時打開“鼻撐”與“基托”文件，單擊系統選擇“合并”選項將二者合并生成同一個坐標系模型文件；利用Magic軟件中“橋架設計”工具設計出“彳”拱橋性連接結構 一端與“鼻撐”部件的幾何中心區域相連，另一端與“基托”部件的下邊界相連；“彳”拱橋性連接結構寬度設計為5_，并利用軟件中“抽殼”工具賦予其實體厚度為2mm 鼻撐”、“橋體”、“基托”三個部件共同構成數字化制備的外鼻矯治器模型。
3.根據權利要求1所述的一種唇腭裂外鼻矯治器數字化制備方法，其特征是所述的建造實體模型鼻撐C、橋體B、基托A包括如下步驟A.自動分層離散模型文件形成分層加工文件將“數字化外鼻矯治器stl文件導入Magic逆向工程軟件中進行切片，運行Magics軟件，打開machine setup命令，導入 AFS-360型機器工作平臺執行“Slice”切片命令進行切片，切片參數設置為Z軸方向放大O.5%，切片層厚=0. 15mm，刀具補償=0. 1，切片完成后自動以.cli格式存儲；運行ArpS2000 V4激光掃描路徑與優化軟件，分別打開.cli文件，檢驗數據格式是否正確，檢驗數據正確后，輸出“數字化外鼻矯治器” .afi格式的RP機器代碼文件；加工輸出選項掃描方向為X、Y方向交替、不掃描輪廓、路徑優化原則為深度-廣度混合原則；PSB成型粉加工輸出選項掃描方向為X、Y方向交替、掃描輪廓、路徑優化原則為深度-廣度混合原則；B.自動分層堆積加工出外鼻矯治器實體模型開啟AFS-360激光成型機，運行 Afswin320自動成型系統控制軟件，輸入“數字化外鼻矯治器”的.afi文件，加工工藝參數設置為掃描半徑(In) =17. 32 ;激光功率按百分比內部激光功率=28，外部激光功率=18， 支撐功率=14 ;溫度曲線設置預鋪粉50層，溫度115°C，加工溫度119-100°C，加工后鋪粉 30層，溫度100°C，最終溫度50°C，溫度誤差2V ;溫控表參數0PL為9，OPH為65 ;激光光斑直徑為O. 3mm ;打開各項開關開始加工，加工完成后，自然冷卻至室溫，拿出加工好的“數字化外鼻矯治器”原型件，清除多余粉末，試件加工完成；將E1000環氧樹脂雙組分按比例充分混合，涂刷“數字化外鼻矯治器”原型件使其充分浸透，靜置4-6小時；·40°C加熱4-6小時使環氧樹脂充分結固，獲得最終的“數字化外鼻矯治器”實體模型。
全文摘要
本發明屬于醫學領域的先天性唇腭裂外鼻畸形非創傷性矯形治療方法，具體涉及一種唇腭裂外鼻畸形矯治器數字化制備方法。其特征是至少包括如下步驟1)采集唇腭裂患兒面部三維數據；2)三維重建唇裂患兒面部數字化模型；3)依據三維面片模型建造外鼻矯治器數字化模型數字化模型包括鼻撐C、橋體B、基托A；4)通過快速成型技術依據數字化模型制作的鼻撐、橋體、基托建造實體模型鼻撐C、橋體B、基托A；5)臨床應用外鼻矯治器實體模型。該方法由現有的單純手工制作改為由計算機控制自動加工，保證了矯治器的制作精度，從而為唇腭裂患者提供了一種標準、快捷的個體化治療方法，利于該項技術在臨床的普及應用。
文檔編號G06T19/00GK103006364SQ20121058836
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月31日 優先權日2012年12月31日
發明者吳國鋒, 王書明, 劉琛, 趙銥民, 張建波 申請人:中國人民解放軍第四軍醫大學