專利名稱：激光掃描及快速成型技術(shù)用于個(gè)性化臉部假體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及個(gè)性化臉部假體制作技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及利用科學(xué)手段，找出臉部假體的個(gè)性化，制作出臉部假體的相關(guān)技術(shù)。
背景技術(shù)：
醫(yī)學(xué)假體是用于修復(fù)人體某部分因疾病或創(chuàng)傷形成的解剖形態(tài)或功能性缺損，輔助或增強(qiáng)某些衰弱功能的人工修復(fù)物、替代物或輔助裝置，用于替代人體可見(jiàn)器官的假體又稱贗復(fù)體。由于先天、外傷或腫瘤手術(shù)后所導(dǎo)致的口腔頜面部器官(如眼、耳、鼻)等的缺損修復(fù)一直是口腔修復(fù)醫(yī)生的難題，因受患者狀況和修復(fù)技術(shù)的限制，目前大部分仍采用贗復(fù)體進(jìn)行修復(fù)。傳統(tǒng)的修復(fù)過(guò)程是首先取模，然后由有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生根據(jù)健側(cè)器官雕刻缺損部分，再給患者試戴、修整，直至滿意。如此制作的贗復(fù)體的逼真程度與醫(yī)生的水平、經(jīng)驗(yàn)和修養(yǎng)有很大的關(guān)系。20世紀(jì)80年代末發(fā)展起來(lái)的快速成型技術(shù)(RP)以其不受零件任何復(fù)雜程度限制的優(yōu)點(diǎn)為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)了無(wú)限生機(jī)。目前，RP技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用主要在于醫(yī)療診斷和外科手術(shù)策劃，它能有效地提高診斷和手術(shù)水平、縮短時(shí)間、節(jié)省費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，設(shè)計(jì)一種利用激光掃描與快速成型技術(shù)快速、低成本的制作出個(gè)性化臉部假體。本發(fā)明可通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)激光掃描及快速成型技術(shù)用于個(gè)性化臉部假體的制作方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(I)用激光掃描設(shè)備對(duì)人臉特征進(jìn)行拍攝記錄，使其特征成為點(diǎn)云數(shù)據(jù)文件；激光掃描設(shè)備要求盡量快速，精準(zhǔn)的將人臉特征記錄下來(lái)。通常一張照片可以將人臉上多數(shù)特征記錄下來(lái)，三張照片可以將人臉?biāo)刑卣?包括從耳朵到耳朵在發(fā)際線以內(nèi)人臉?biāo)腥S特征)全部記錄下來(lái)。在拍攝照片結(jié)束后，利用圖像處理軟件將激光掃描設(shè)備中的掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，如果用兩張以上的照片，則用重疊區(qū)內(nèi)的三維特征進(jìn)行匹配，將多張三維模型配合為一個(gè)完整的人臉模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)。(2)在獲得人臉模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，利用點(diǎn)云編輯軟件將掃描到的人臉模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行個(gè)性化修整成符合要求的人臉三維數(shù)據(jù)模型。所述的點(diǎn)云數(shù)據(jù)個(gè)性化修整包括以下步驟I、將激光掃描后的人臉模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)輸入點(diǎn)云編輯軟件中，在軟件中建立三維坐標(biāo)系;2、設(shè)置人臉模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)的厚度，以便于人臉模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)的編輯；3、根據(jù)臉部假體的部位截取部分人臉模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)；4、通過(guò)點(diǎn)云編輯軟件個(gè)性化編輯截取的人臉模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)，使其成為符合要求的人臉模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)。(3)完成人臉三維數(shù)據(jù)模型以后，進(jìn)行三維成形，輸出模型數(shù)碼文件，將其輸入到快速成型機(jī)中進(jìn)行加工成形，制作個(gè)性化臉部假體；(4)將制作的臉部假體進(jìn)行硅膠模制作，然后進(jìn)行硅膠復(fù)模。(5)將硅膠復(fù)模的臉部假體進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)分析，與原掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，符合精度要求，即可制得個(gè)性化臉部假體。



圖I為本發(fā)明的工藝流程圖；圖2為本發(fā)明的制作個(gè)性化臉部假體流程圖。具體實(shí)施方法利用我們激光掃描設(shè)備及快速成型設(shè)備能快速、低成本的制作出個(gè)性化臉部假體。這使得醫(yī)院可以制作出符合患者自身要求的廉價(jià)臉部假體，解決患者醫(yī)療費(fèi)昂貴及醫(yī)療效果差的問(wèn)題。我們以患者為激光掃描對(duì)象，利用我們的激光掃描設(shè)備能方便快速的獲取患者臉部的特征。激光掃描技術(shù)應(yīng)用于個(gè)性化臉部假體的制作說(shuō)明①.用激光掃描技術(shù)生成一個(gè)準(zhǔn)確的人臉三維圖像(從一個(gè)耳朵到另一個(gè)耳朵)。②.拍照可以采用180度成像系統(tǒng)，即可采用一臺(tái)設(shè)備拍攝，采用旋轉(zhuǎn)的座椅改變被拍攝者的拍攝角度或固定座椅，以移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行多角度的拍攝。③.激光掃描設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)拼接。④.在拍攝人臉時(shí)盡量要求在短時(shí)間內(nèi)拍攝所有的角度的三維模型和對(duì)應(yīng)的彩色貼圖。要求能夠抓住人臉上的細(xì)節(jié)特征。I、用激光掃描設(shè)備對(duì)人臉特征進(jìn)行拍攝記錄，使其特征成為點(diǎn)云數(shù)據(jù)文件；激光掃描設(shè)備要求盡量快速，精準(zhǔn)的將人臉特征記錄下來(lái)。通常一張照片可以將人臉上多數(shù)特征記錄下來(lái)，三張照片可以將人臉?biāo)刑卣?包括從耳朵到耳朵在發(fā)際線以內(nèi)人臉?biāo)腥S特征)全部記錄下來(lái)。在拍攝照片結(jié)束后，利用圖像處理軟件將激光掃描設(shè)備中的掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，如果用兩張以上的照片，則用重疊區(qū)內(nèi)的三維特征進(jìn)行匹配，將多張三維模型配合為一個(gè)完整的人臉模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)。所述的激光掃描包括以下步驟①被測(cè)量者先背靠白色背景墻坐正，帶上防護(hù)眼鏡(保護(hù)眼睛)。注意掃描過(guò)程中，被測(cè)者不能移動(dòng)。盡量保持原來(lái)的坐姿。②把激光掃描設(shè)備架設(shè)好。調(diào)整設(shè)備鏡頭的高度，使拍攝區(qū)域?qū)χ粶y(cè)者的臉部特征部位。③通過(guò)激光掃描設(shè)備遙控上的按鈕進(jìn)行拍攝第一張人臉部特征數(shù)據(jù)。第一個(gè)人臉部特征數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)在激光掃描設(shè)備配套軟件窗口中，很清晰的反映出已獲取到的數(shù)據(jù)，方便測(cè)量者判斷還所需的測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)而對(duì)激光掃描設(shè)備鏡頭位置進(jìn)行調(diào)整。④測(cè)量者通過(guò)移動(dòng)激光掃描設(shè)備機(jī)架，使鏡頭對(duì)著被測(cè)者的頭部左邊位置，拍攝第二張，可在配套軟件窗口內(nèi)看到第一張圖片的數(shù)據(jù)與第二張圖片數(shù)據(jù)自行重疊在一起。⑤再次移動(dòng)激光掃描設(shè)備支架，實(shí)現(xiàn)多方位拍攝被測(cè)者臉部特征，分別得到各個(gè)方位的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
⑥得到足夠多的局部臉部特征數(shù)據(jù)后，通過(guò)配套軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，形成完整的臉部特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)，保存為點(diǎn)云數(shù)據(jù)文件。2、在獲得人臉模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，利用點(diǎn)云編輯軟件將掃描到的人臉模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行個(gè)性化修整成符合要求的人臉三維數(shù)據(jù)模型。所述的點(diǎn)云數(shù)據(jù)個(gè)性化修整包括以下步驟①將激光掃描后的人臉模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)輸入點(diǎn)云編輯軟件中，在軟件中建立三維坐標(biāo)系;②設(shè)置人臉模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)的厚度，以便于人臉模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)的編輯；③根據(jù)臉部假體的部位截取部分人臉模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)；④通過(guò)點(diǎn)云編輯軟件個(gè)性化編輯截取的人臉模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)，使其成為符合要求的人臉模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)。 3、完成人臉三維數(shù)據(jù)模型以后，進(jìn)行三維成形，輸出模型數(shù)碼文件，將其輸入到快速成型機(jī)中進(jìn)行加工成形，制作個(gè)性化臉部假體；4、將制作的臉部假體進(jìn)行硅膠模制作，然后進(jìn)行硅膠復(fù)模。所述硅膠復(fù)模包括以下步驟①.根據(jù)快速成型加工制得的個(gè)性化臉部假體的體積，通過(guò)計(jì)算，稱量所需要的
娃膠用量。②.按照已稱量好量的硅膠加入固化劑，并用攪拌器攪拌，使其混合均勻。③.對(duì)攪拌均勻的硅膠混合液進(jìn)行抽真空。④.將抽完真空后的硅膠混合液注入?？蛑小＂?將有硅膠的?？蜻M(jìn)行抽真空操作。⑥.將抽真空后的硅膠模進(jìn)行烘干操作⑦.最后進(jìn)行硅膠模開(kāi)模及硅膠模復(fù)模個(gè)性化臉部假體。5、將硅膠復(fù)模的臉部假體進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)分析，與原掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，符合精度要求，即可制得個(gè)性化臉部假體。
權(quán)利要求
1.激光掃描及快速成型技術(shù)用于個(gè)性化臉部假體的制作方法，其特征在于所述方法包括以下步驟 A、用激光掃描設(shè)備對(duì)人臉特征進(jìn)行拍攝記錄，使其特征成為點(diǎn)云數(shù)據(jù)文件； B、在激光掃描后，利用點(diǎn)云編輯軟件將掃描到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)修整成完整的三維數(shù)據(jù)模型； C、完成三維數(shù)據(jù)模型以后，進(jìn)行三維成形，輸出模型數(shù)碼文件，將其輸入到快速成型機(jī)中進(jìn)行加工成形，制作個(gè)性化臉部假體； D、將制作的臉部假體進(jìn)行硅膠模制作，然后進(jìn)行硅膠復(fù)模。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光掃描及快速成型技術(shù)用于個(gè)性化臉部假體的制作方法，其特征在于，所述的參照物特征進(jìn)行拍攝記錄采用多角度成像系統(tǒng)，即用激光掃描設(shè)備在多個(gè)角度進(jìn)行拍攝。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光掃描及快速成型技術(shù)用于個(gè)性化臉部假體的制作方法，其特征在于，所述的參照物特征進(jìn)行拍攝記錄采用一臺(tái)激光掃描設(shè)備拍攝，用旋轉(zhuǎn)臺(tái)或移動(dòng)臺(tái)改變被拍攝物的拍攝角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光掃描及快速成型技術(shù)用于個(gè)性化臉部假體的制作方法，其特征在于所用的三維數(shù)據(jù)處理軟件可以為Imageware及FreeForm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光掃描及快速成型技術(shù)用于個(gè)性化臉部假體的制作方法，其特征在于對(duì)掃描所得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行三維數(shù)據(jù)加工，包括以下步驟 ①輸入臉部掃描數(shù)據(jù)，建立三維坐標(biāo)系； ②設(shè)置點(diǎn)云數(shù)據(jù)厚度，便于點(diǎn)云數(shù)據(jù)編輯； ③截取點(diǎn)云數(shù)據(jù)(在所獲取的臉部掃描數(shù)據(jù)上截取本實(shí)驗(yàn)所需要的鼻子和耳朵點(diǎn)云數(shù)據(jù))； ④通過(guò)點(diǎn)云編輯軟件便捷地設(shè)計(jì)假體外形，運(yùn)用雕刻功能對(duì)鼻子部位進(jìn)行光順處理，完成假體外形的逆向建模。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的激光掃描及快速成型技術(shù)用于個(gè)性化臉部假體的制作方法，其特征在于，所述的臉部假體制作方法為傳統(tǒng)的技師手工雕刻贗復(fù)體。
全文摘要
激光掃描及快速成型技術(shù)用于個(gè)性化臉部假體的制作方法，涉及利用科學(xué)手段，找出假體個(gè)性化特點(diǎn)，成型出假體的相關(guān)技術(shù)，本發(fā)明所述方法包括以下步驟①用激光掃描成像設(shè)備對(duì)人臉特征進(jìn)行掃描記錄，使其特征成為點(diǎn)云數(shù)據(jù)文件；②激光掃描成像后，利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使其特征成為三維模型數(shù)據(jù)；③將處理完的三維模型數(shù)據(jù)輸入快速成型機(jī)中進(jìn)行加工成形，使其特征得到三維實(shí)體模型；④將三維實(shí)體模型進(jìn)行硅膠模制作，使其特征得到硅膠模具，然后進(jìn)行硅膠復(fù)模；⑤將硅膠復(fù)模得到的模型進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)分析，分析結(jié)果符合要求即可制得臉部假體。本技術(shù)可快速、低成本的制作出個(gè)性化臉部假體。
文檔編號(hào)A61F2/50GK102961201SQ201210540628
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者陳盛貴, 陳若瀚, 林玉衡, 李栩丹, 鄒順強(qiáng) 申請(qǐng)人:陳若瀚