專利名稱：一種嬰兒唇裂面部仿真模型制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于醫(yī)學用仿真人體器官表面模型的設計與制備方法，具體涉及一種嬰兒唇裂面 部仿真模型制備方法。
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(fā)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，而且每年還有兩萬多例唇腭裂新生兒出生。在 患兒3個月齡左右進行唇裂修補手術是目前唇裂主要的治療手段，每年國內有數以萬計的唇 裂患兒接受手術治療，因此需要大量能熟練進行此項手術的外科醫(yī)師，但是國內外市場上尚 無高仿真的嬰兒唇裂醫(yī)學模型可供年輕外科醫(yī)師進行手術模擬或教學訓練。目前的訓練方法 僅靠手術觀摩或利用電腦模擬進行示教，但是上述方法無法為新醫(yī)師提供一種真實、可靠的 手術操作訓練。此外，患者家長對于唇裂手術后面容美觀效果也極其關心，希望能有一種個 性化的與患兒面容高度相似的唇裂面部仿真模型，提供給醫(yī)師進行模擬手術并展示最終的手 術修復效果，以預后治療效果、提高唇裂手術質量。但是國內外尚未見有類似產品或研究報 道，因此需要首次建立一種能夠真實模擬患兒面部軟組織的仿真人體模型設計與制備方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種與3個月齡唇裂嬰兒面部形態(tài)、膚色、質地等高度一致的嬰兒 唇裂面部仿真模型，以便為外科醫(yī)師提供個性化唇裂手術模擬及高仿真手術教學用具，為唇 腭裂患者家長提供手術后面容美觀效果。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是 一種嬰兒唇裂面部仿真模型制備方法，其 步驟如下
1) 采集唇裂患兒面部三維原始數據；
2) 重建唇裂患兒面部數字化面部模型；
3) 將模型文件自動分層離散形成加工文件；
4) 自動加工唇裂患兒面部樹脂件原型；
5) 翻制硅橡膠唇裂面部模型；
6) 硅橡膠面部模型的著色。
所述的l)采集唇裂患兒面部三維原始數據是采用結構光人體三維掃描系統實現患兒面部活體數據采集，操作前先打開結構光三維掃描系統，調整掃描儀高度、角度、位置，調整 攝像頭焦距，光圈，使獲得的圖像清晰亮度自然，調整系統參數如下基距二500mm;測量距 離^900mm; a ^30° ;攝像頭焦距選擇16mm;調整攝像頭的高度與焦距，固定患兒坐于攝 像頭前方約75cm處，并與攝像頭等高，以黑色非反光幕布為背景；運用3DSS系統自帶的掃描軟 件3DSS-color對患兒面部形態(tài)進行掃描，掃描得到的點云數據以.wrl格式保存。
所述的2)重建唇裂患兒面部數字化面部模型是將掃描獲取的患兒面部原始點云數據 .wrl文件輸入Geomagic Studio 10逆向工程軟件中，然后去除多余的雜點與壞點，得到完整的 患兒面形點云數據；再將點云數據通過逆向工程的方式封裝、重構為三維面片模型，并對模 型進行修補及曲面優(yōu)化，將其輸出為.wrp格式文件進行保存；然后執(zhí)行Geomagic Studio 10逆向工程軟件中"抽殼(Shell)"命令賦予該模型厚度為5mm，以.stl格式存盤。
所述的3)將模型文件自動分層離散形成加工文件是將.stl文件導入Magics RP軟件中進 行切片，根據激光成型機中聚苯乙烯成型粉(PSB)材料加工要求，運行Magics RP軟件，打 開machine setup命令，導入AFS-360型機器工作平臺執(zhí)行"Slice"切片命令進行切片，切 片參數z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；然后運行Arps2000 V4激光掃描路徑與優(yōu)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.afi格式的RP機器代碼文件；最后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(yōu)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(yōu)化原則為深度-廣度混合原則。
所述的4)自動加工唇裂患兒面部樹脂件原型是
A、 在AFS-360激光成型機料缸中分別加入聚苯乙烯成型粉，打開AFS-360激光成型機， 運行Afswin320自動成型系統控制軟件，輸入嬰兒唇裂面部模型的.afi文件；
B、 設置參數，打開開關開始加工，加工完成后，自然冷卻至室溫，拿出加工好的原型 件，清除多余粉末，試件加工完成；
C、 將E1000環(huán)氧樹脂雙組分按比例充分混合，涂刷試件b使其充分浸透，靜置4-6小時， 4(TC加熱4-6小時使環(huán)氧樹脂充分結固，獲得最終的嬰兒唇裂面部樹脂模型。
所述的5)翻制硅橡膠唇裂面部模型包括如下步驟
A、 調拌牙科用超硬石膏，灌注入下半金屬型盒；
B、 將唇裂樹脂模型包埋入下半型盒，待其自然結固干燥后，在模型表面涂布牙科分離 劑，然后復位上半型盒，灌注滿超硬石膏，待其自然結固；
C、 將型盒整體置于10(TC水浴箱內加熱30分鐘，取出并開盒，取出樹脂模型，備用。D、 準確稱取適量A-2186贗復用硅橡膠基膠，依據臨床患兒面部照片，進行硅橡膠的內 著色，直至與患兒面部膚色的基調色基本相似為止；
E、 向內著色A-2186基膠添加交聯劑，混合比例為基膠交聯劑=10 : 1，混和并攪拌均 勻，抽真空20min，用注射器注入牙科技工型盒，壓盒，10(TC水浴箱煮盒固化2小時；
F、 待其自然冷卻后小心開盒取出內著色后的贗復體，去除表面的石膏顆粒，用眼科剪、 尖刀片等去除表面的硅橡膠小瘤，剪除邊緣，成型。
所述的6)硅橡膠面部模型的著色是在自然光線下保持室溫在2(TC-25。C之間，進行唇 裂硅橡膠面部模型的外著色；(1)將未加交聯劑的內著色A-2186基膠置于調色板上；(2)取 內著色基膠，添加顏料和交聯劑至基膠中，攪拌均勻及排除氣泡，調制成照片中面部皮膚顏 色相協調的外著色基膠；用畫筆涂布基膠于硅橡膠面部表面，每次操作后用無色海綿吸去過 多的色料，僅保留修復體表面薄層基膠；(3)放置3-8分鐘后，進行亞光處理；(4)放置 在恒溫箱中，直至薄層外著色硅膠完全固化；(5)重復上述外著色操作， 一般5 7次左右 ，直至修復體顏色與患兒照片皮膚顏色完全一致。
所述的著色基膠是A-2186。
本發(fā)明的優(yōu)點是由于通過如下步驟l)采集唇裂患兒面部三維原始數據；2)重建唇 裂患兒面部數字化面部模型；3)將模型文件自動分層離散形成加工文件；4)自動加工唇 裂患兒面部樹脂件原型；5)翻制硅橡膠唇裂面部模型；6)硅橡膠面部模型的著色。能提供 一種與3個月齡唇裂嬰兒面部形態(tài)、膚色、質地等高度一致的個性化定制的面部仿真模型， 仿真模型不僅為外科醫(yī)師術前提供提供真實參考，使術中心中有數，同時也能為唇腭裂患者 家長提供手術后面容美觀效果。
此外，各種來自不同3個月齡唇裂嬰兒面部形態(tài)也能為高仿真手術提供教學用具，為做 手術打下專業(yè)基礎。
具體實施例方式
本發(fā)明的嬰兒唇裂仿真面部模型制備方法步驟如下
1)采集唇裂患兒面部三維原始數據本發(fā)明采用3DSS-STD-II型結構光人體三維掃描系 統(上海數造機電科技有限公司)實現患兒面部活體數據采集，設備其主要性能指標單幅
測量范圍(mm) : 400X300;單幅測量點數130萬；設計測量精度0.03mm。操作前先打 開3DSS-STD-II型結構光三維掃描系統，調整掃描儀高度、角度、位置，調整攝像頭焦距、 光圈，使獲得的圖像清晰亮度自然，調整系統參數如下基距=500111111;測量距離^900mm; a ^30° 。攝像頭焦距46mm。調整3DSS攝像頭的高度與焦距，固定患兒坐于攝像頭前方約75cm處，并與攝像頭等高，以黑色非反光幕布為背景。運用3DSS系統自帶的掃描軟件 3DSS-color對患兒面部形態(tài)進行掃描，掃描得到的點云數據以.wrl格式保存。
2) 重建唇裂患兒面部數字化面部模型:將掃描獲取的患兒面部原始點云數據.wrl文件輸 Geomagic Studio IO逆向工程軟件(美國Raindrop Geomagic公司)中，去除多余的雜點與 壞點，得到完整的患兒面形點云數據。將點云數據通過逆向工程的方式封裝、重構為三維面 片模型，并對模型進行適當的修補及曲面優(yōu)化，將其輸出為.wp格式文件進行保存。執(zhí)行 Geomagic Studio IO逆向工程軟件中"抽殼(Shell)"命令賦予該模型厚度為5mm，以.stl 格式存盤。
3) 將模型文件自動分層離散形成加工文件將.stl文件導入Magics RP軟件中進行切片 ，根據AFS-360激光成型機(北京隆源自動成型系統有限公司)聚苯乙烯成型粉(PSB)材料 加工要求，運行Magics RP軟件(比利時Materialise公司)，打開machine setup命令，導 入AFS-360型機器工作平臺執(zhí)行"Slice"切片命令進行切片，切片參數z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(yōu)化軟件(北京隆源自動成型系統有限公司)，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.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(yōu)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(yōu)化原則為深度-廣度混合原則。
4) 自動加工唇裂患兒面部樹脂件原型在AFS-360激光成型機料缸中分別加入聚苯乙烯 成型粉，打開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)，輸入嬰兒唇裂面部模型的.afi文件，設置主要加工工藝參數掃描半徑
(In) =17.32;激光功率(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-IO(TC，加工后鋪粉30層，溫 度10(TC，最終溫度5(TC，溫度誤差2。C;溫控表參數0PL為9， 0PH為65;激光光斑直徑為 0.3mm。打開各項開關開始加工，加工完成后，自然冷卻至室溫，拿出加工好的原型件，清 除多余粉末，試件加工完成。將E1000環(huán)氧樹脂雙組分按比例充分混合，涂刷試件b使其充分 浸透，靜置4-6小時，4(TC加熱4-6小時使環(huán)氧樹脂充分結固，獲得最終的嬰兒唇裂部樹脂模 型。
5) 翻制硅橡膠唇裂面部模型將唇裂樹脂模型進行石膏包埋裝盒、煮盒、沖蠟、涂分 離劑等。采用A-2186 (美國Factor II公司)贗復用硅橡膠作為該仿真面部模型最終材料， 該材料質地、彈性等性能與人體面部軟組織非常接近(邵氏強度(A) ， 25;拉伸強度(
8MPa) ， 5.6;扯斷伸長率(％) ， 650;永久變形率(％) ， 4.2;撕裂強度(KN/m) ， 15.6) 。按產品說明書，準確稱取適量A-2186贗復用硅橡膠基膠。依據臨床患兒面部照片，進行硅 橡膠的內著色。選用油畫類顏料中的黃、褐、白等色調少量多次的添加到A-2186硅橡膠的基 膠中，直至與患兒面部膚色的基調色基本相似為止，內著色硅橡膠基膠的配置量要比修復體實 際用量稍多一些，留出下一步贗復體外著色的使用量。得到適宜顏色的內著色硅橡膠基膠， 備用。向內著色A-2186基膠添加交聯劑，混合比例為基膠交聯劑=10 : 1，混和并攪拌均勻 ，抽真空20min，用注射器注入牙科技工型盒，壓盒，10(TC水浴箱煮盒固化2小時。待其自 然冷卻后小心開盒取出內著色后的贗復體，去除表面的石膏顆粒，用眼科剪、尖刀片等去除 表面的硅橡膠小瘤，剪除邊緣。
6)硅橡膠面部模型的著色保持室溫為22.5。C，適當強度的自然光線，進行唇裂硅橡 膠面部模型的外著色(1)取少量未加交聯劑的內著色A-2186基膠置于調色板上，注意減 少調色板背景對操作者配色的干擾。(2)細致觀察患兒臨床照片面部的顏色特征，取適量 內著色基膠，添加少量適宜的顏料和適量交聯劑至基膠中，注意攪拌均勻及排除氣泡，調制 成照片中面部皮膚顏色相協調的外著色基膠。用專用畫筆涂布基膠于硅橡膠面部表面，每次 操作后用無色海綿吸去過多的色料，僅保留修復體表面薄層基膠。(3)放置數分鐘后，進 行亞光處理；(4)放置在恒溫箱中，直至薄層外著色硅膠完全固化。(5)重復上述外著色 操作， 一般5 7次左右，直至修復體顏色與患兒照片皮膚顏色完全一致。
權利要求
1.一種嬰兒唇裂面部仿真模型制備方法，其步驟如下1)采集唇裂患兒面部三維原始數據；2)重建唇裂患兒面部數字化面部模型；3)將模型文件自動分層離散形成加工文件；4)自動加工唇裂患兒面部樹脂件原型；5)翻制硅橡膠唇裂面部模型；6)硅橡膠面部模型的著色。
2.根據權利要求l所述的一種嬰兒唇裂面部仿真模型制備方法，其特 征是所述的l)采集唇裂患兒面部三維原始數據是采用結構光人體三維掃描系統實現患兒 面部活體數據采集，操作前先打開結構光三維掃描系統，調整掃描儀高度、角度、位置，調 整攝像頭焦距，光圈，使獲得的圖像清晰亮度自然，調整系統參數如下:基距二500mm;測量距離 ^900mm; a ^30° ;攝像頭焦距選擇16mm;調整攝像頭的高度與焦距，固定患兒坐于攝像 頭前方約75cm處，并與攝像頭等高，以黑色非反光幕布為背景；運用3DSS系統自帶的掃描軟件 3DSS-color對患兒面部形態(tài)進行掃描，掃描得到的點云數據以.wrl格式保存。
3.根據權利要求l所述的一種嬰兒唇裂面部仿真模型制備方法，其特 征是所述的2)重建唇裂患兒面部數字化面部模型是將掃描獲取的患兒面部原始點云數據 .wrl文件輸入Geomagic Studio 10逆向工程軟件中，然后去除多余的雜點與壞點，得到完整的 患兒面形點云數據；再將點云數據通過逆向工程的方式封裝、重構為三維面片模型，并對模 型進行修補及曲面優(yōu)化，將其輸出為.wrp格式文件進行保存；然后執(zhí)行Geomagic Studio 10 逆向工程軟件中"抽殼(Shell)"命令賦予該模型厚度為5mm，以.stl格式存盤。
4.根據權利要求l所述的一種嬰兒唇裂面部仿真模型制備方法，其特 征是所述的3)將模型文件自動分層離散形成加工文件是將.stl文件導入Magics RP軟件中 進行切片，根據激光成型機中聚苯乙烯成型粉(PSB)材料加工要求，運行Magics RP軟件， 打開machine setup命令，導入AFS-360型機器工作平臺執(zhí)行"Slice"切片命令進行切片，切片參數z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；然后運行Arps2000 V4激光掃描路徑與優(yōu)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.afi格式的RP機器代碼文件；最后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(yōu)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(yōu)化原則為深度-廣度混合原則。
5 根據權利要求l所述的一種嬰兒唇裂面部仿真模型制備方法，其特 征是所述的4)自動加工唇裂患兒面部樹脂件原型是A、 在AFS-360激光成型機料缸中分別加入聚苯乙烯成型粉，打開AFS-360激光成型機， 運行Afswin320自動成型系統控制軟件，輸入嬰兒唇裂面部模型的.afi文件；B、 設置參數，打開開關開始加工，加工完成后，自然冷卻至室溫，拿出加工好的原型 件，清除多余粉末，試件加工完成；C、 將E1000環(huán)氧樹脂雙組分按比例充分混合，涂刷試件b使其充分浸透，靜置4-6小時 ，4(TC加熱4-6小時使環(huán)氧樹脂充分結固，獲得最終的嬰兒唇裂面部樹脂模型。
6 根據權利要求l所述的一種嬰兒唇裂面部仿真模型制備方法，其特 征是所述的5)翻制硅橡膠唇裂面部模型包括如下步驟A、 調拌牙科用超硬石膏，灌注入下半金屬型盒；B、 將唇裂樹脂模型包埋入下半型盒，待其自然結固干燥后，在模型表面涂布牙科分離 劑，然后復位上半型盒，灌注滿超硬石膏，待其自然結固；C、 將型盒整體置于10(TC水浴箱內加熱30分鐘，取出并開盒，取出樹脂模型，備用。D、 準確稱取適量A-2186贗復用硅橡膠基膠，依據臨床患兒面部照片，進行硅橡膠的內 著色，直至與患兒面部膚色的基調色基本相似為止；E、 向內著色A-2186基膠添加交聯劑，混合比例為基膠交聯劑=10 : 1，混和并攪拌均 勻，抽真空20min，用注射器注入牙科技工型盒，壓盒，10(TC水浴箱煮盒固化2小時；F、 待其自然冷卻后小心開盒取出內著色后的贗復體，去除表面的石膏顆粒，用眼科剪 、尖刀片等去除表面的硅橡膠小瘤，剪除邊緣，成型。
7 根據權利要求l所述的一種嬰兒唇裂面部仿真模型制備方法，其特 征是所述的6)硅橡膠面部模型的著色是在自然光線下保持室溫在2(TC-25。C之間，進行 唇裂硅橡膠面部模型的外著色；(1)將未加交聯劑的內著色A-2186基膠置于調色板上；取 內著色基膠，添加顏料和交聯劑至基膠中，攪拌均勻及排除氣泡，調制成照片中面部皮膚顏 色相協調的外著色基膠；用畫筆涂布基膠于硅橡膠面部表面，每次操作后用無色海綿吸去過多的色料，僅保留修復體表面薄層基膠；(3)放置3-8分鐘后，進行亞光處理；(4)放置 在恒溫箱中，直至薄層外著色硅膠完全固化；(5)重復上述外著色操作， 一般5 7次左右 ，直至修復體顏色與患兒照片皮膚顏色完全一致。
8.根據權利要求7所述的一種嬰兒唇裂面部仿真模型制備方法，其特 征是所述的著色基膠是A-2186。
全文摘要
本發(fā)明屬于醫(yī)學用仿真人體器官表面模型的設計與制備方法，具體涉及一種嬰兒唇裂面部仿真模型制備方法，其步驟如下1)采集唇裂患兒面部三維原始數據；2)重建唇裂患兒面部數字化面部模型；3)將模型文件自動分層離散形成加工文件；4)自動加工唇裂患兒面部樹脂件原型；5)翻制硅橡膠唇裂面部模型；6)硅橡膠面部模型的著色。它能提供一種與3個月齡唇裂嬰兒面部形態(tài)、膚色、質地等高度一致的個性化定制的面部仿真模型，仿真模型不僅為外科醫(yī)師術前提供提供真實參考，使術中心中有數，同時也能為唇腭裂患者家長提供手術后面容美觀效果。
文檔編號G06F17/50GK101673481SQ20091030811
公開日2010年3月17日 申請日期2009年10月7日 優(yōu)先權日2009年10月7日
發(fā)明者吳國鋒, 亮 孔, 封興華, 方 王, 磊 田, 趙銥民 申請人:中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學