技术领域
[0001] 本
发明涉及医疗器械技术领域，具体而言，涉及一种眼眶修复材料的制作方法和装置。
背景技术
[0002] 眼眶畸形和眼眶外伤多表现为眶缘、眶壁骨折和缺损，会引起眼球内陷、复视和视功能障碍，并严重影响面部美观。因此，需要对眼眶进行修复，以提高视功能，并具有美化面部的效果。
[0003] 目前常用的修复材料有羟基
磷灰石、人工骨、
钛金属材料等。这些材料具有一定的
生物相容性和可塑性，但使用这些材料制作修复模型制作难度大、耗时长，且与眼部骨骼匹配程度较低。
[0004] 针对上述眼眶修复模型与眼部骨骼匹配程度较低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
[0005] 有鉴于此，本发明
实施例的目的在于提供一种眼眶修复材料的制作方法和装置，以提高眼眶修复模型与眼部骨骼匹配程度，达到更好的美容效果。
[0006] 第一方面，本发明实施例提供了一种眼眶修复材料的制作方法，该方法包括：获取当前对象的眼部骨骼医学图像数据；对眼部骨骼医学图像数据进行
图像处理，检测出待修复部位；提取待修复部位的组织结构数据；其中，组织结构数据包括：待修复部位的眶内壁骨骼数据、眶外壁骨骼数据、眶顶骨骼数据、眶底骨骼数据、眶上缘骨骼数据、眶下缘骨骼数据、眶内缘骨骼数据和眶外缘骨骼数据；利用
三维建模法对待修复部位的组织结构数据进行处理，得到待修复部位的三维数字模型；将待修复部位的三维数字模型的数据输入至聚醚醚
酮3D
打印机，打印出待修复部位的实
体模型。
[0007] 结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，对眼部骨骼医学图像数据进行图像处理，检测出待修复部位包括：对眼部骨骼医学图像数据进行图像增强处理、
图像分割处理、图像变换处理和图像检测处理，检测出待修复部位。
[0008] 结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，利用三维建模法对待修复部位的组织结构数据进行处理包括：对待修复部位的组织结构数据进行数据
整理处理、建模处理和模型导出处理。
[0009] 结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，当前对象的眼部骨骼医学图像数据包括以下数据中的一种或多种：X光图像数据、计算机
断层扫描图像数据、正子断层扫描图像数据、
超声波图像数据和
核磁共振图像数据。
[0010] 结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，将待修复部位的三维数字模型的数据输入至聚醚醚酮
3D打印机，打印出待修复部位的实体模型包括：将待修复部位的三维数字模型的数据转换为光
固化立体造型术文件；将光固化立体造型术文件输入至聚醚醚酮3D打印机，打印出待修复部位的实体模型。
[0011] 结合第一方面和第一方面的第一种至第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，聚醚醚酮3D打印机的材料包括：聚醚醚酮和
碳纤维增强聚醚醚酮。
[0012] 第二方面，本发明实施例提供了一种眼眶修复材料的制作装置，该装置包括：眼部骨骼医学图像数据获取模
块，用于获取当前对象的眼部骨骼医学图像数据；图像处理检测模块，用于对眼部骨骼医学图像数据进行图像处理，检测出待修复部位；数据提取模块，用于提取待修复部位的组织结构数据；其中，组织结构数据包括：待修复部位的眶内壁骨骼数据、眶外壁骨骼数据、眶顶骨骼数据、眶底骨骼数据、眶上缘骨骼数据、眶下缘骨骼数据、眶内缘骨骼数据和眶外缘骨骼数据；建模模块，用于利用三维建模法对待修复部位的组织结构数据进行处理，得到待修复部位的三维数字模型；打印模块，用于将待修复部位的三维数字模型的数据输入至聚醚醚酮3D打印机，打印出待修复部位的实体模型。
[0013] 结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，眼部骨骼医学图像数据获取模块包括：X光图像获取单元，用于通过X光成像仪器获取当前对象的眼部骨骼的X光图像；计算机断层图像获取单元，用于通过
计算机断层扫描机获取当前对象的计算机断层图像；正子断层图像获取单元，用于通过正子断层
扫描仪获取当前对象的正子断层图像；超声图像获取单元，用于通过超声诊断仪获取当前对象的超声图像；核磁共振图像获取单元，用于通过核磁共振仪获取当前对象的核磁共振图像。
[0014] 结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，建模模块包括：数据整理单元，用于对待修复部位的组织结构数据进行数据整理处理；建模处理单元，用于对数据整理单元输出的数据进行建模处理；模型导出单元，用于对建模处理单元输出的模型进行导出处理。
[0015] 结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，打印模块包括：数据转换单元，用于将待修复部位的三维数字模型的数据转换为光固化立体造型术文件；输入单元，用于将光固化立体造型术文件输入至聚醚醚酮3D打印机。
[0016] 本发明实施例提供的一种眼眶修复材料的制作方法和装置，通过获取当前对象的眼部骨骼医学图像数据，对上述图像数据进行处理监测和提取，并进行三维建模和打印出实体模型，可以为当前对象制作出与该对象的眼眶骨骼匹配程度较高的待修复部位的实体模型，且制作难度低，方便快捷。
[0017] 为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附
附图，作详细说明如下。
附图说明
[0018] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0019] 图1示出了本发明实施例所提供的眼眶修复材料的制作方法
流程图；
[0020] 图2示出了本发明实施例所提供的一种眼眶修复材料的制作装置的结构示意图。
具体实施方式
[0021] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的
选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0022] 考虑到现有常用的修复材料模型制作难度大、耗时长，且与眼部骨骼匹配程度较低的问题，本发明实施例提供了一种眼眶修复材料的制作方法和装置，该技术可以采用相关的
软件和设备实现，下面通过实施例进行描述。
[0023] 参见图1所示的一种眼眶修复材料的制作方法流程图，该方法包括以下步骤：
[0024] 步骤S102，获取当前对象的眼部骨骼医学图像数据；
[0025] 步骤S104，对眼部骨骼医学图像数据进行图像处理，检测出待修复部位；
[0026] 步骤S106，提取待修复部位的组织结构数据；其中，组织结构数据包括：待修复部位的眶内壁骨骼数据、眶外壁骨骼数据、眶顶骨骼数据、眶底骨骼数据、眶上缘骨骼数据、眶下缘骨骼数据、眶内缘骨骼数据和眶外缘骨骼数据；
[0027] 步骤S108，利用三维建模法对待修复部位的组织结构数据进行处理，得到待修复部位的三维数字模型；其中，三维建模的软件可以是CATIA(Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application)、SolidWorks、UniGrapphics、AutoCAD等。
[0028] 步骤S110，将待修复部位的三维数字模型的数据输入至聚醚醚酮3D打印机，打印出待修复部位的实体模型。
[0029] 除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。
[0030] 本实施例的上述方法中，通过对当前对象的眼部骨骼医学图像数据进行图像处理、数据提取、三维建模以及3D打印等处理，得到与当前对象的修复部位匹配程度较高的实体模型；且上述方法降低了模型的制作难度、减少了制作时间。
[0031] 考虑到医学图像数据的数据量巨大，且从图像数据中提取待修复部位的关键数据难度较大，本发明实施例在具体实现时，对眼部骨骼医学图像数据进行图像处理，检测出待修复部位；上述图像处理可以包括：对眼部骨骼医学图像数据进行图像增强处理、图像分割处理、图像变换处理和图像检测处理，检测出待修复部位。在具体实施中，上述图像增强处理可以将原来不清晰的图像变得清晰或强调某些感兴趣的特征，抑制不感兴趣的特征，使之改善图像
质量、丰富信息量，加强图像判读和识别效果；上述图像分割处理可以把图像分成若干个特定的、具有独特性质的区域并提出感兴趣目标，现有的图像分割方法主要包括：基于
阈值的分割方法、基于区域的分割方法、基于边缘的分割方法以及基于特定理论的分割方法等；上述图像变换处理是为了用
正交函数或正交矩阵表示图像而对原图像所作的二维线性可逆变换，经过变换后的图像往往更有利于特征
抽取、增强、压缩和图像编码；上述图像检测处理主要基于
图像识别处理，可以通过存储的信息与当前的信息进行比较、加工，实现图像确认。
[0032] 上述图像处理的方式，可以从大量的医学图像数据中提取出待修复部位的数据，为后续的模型制作提供了准确的数据标准。
[0033] 进一步地，为了将从医学图像数据中提取的二维数据信息转换为三维模型，本发明实施例在实现时，利用三维建模法对待修复部位的组织结构数据进行处理包括：对待修复部位的组织结构数据进行数据整理处理、建模处理和模型导出处理；在具体实现时，上述数据整理处理主要包括标识建模范围、
修剪等高线、获取建模区域、旋转平移数据等步骤；上述建模处理主要包括导入数据、导出等高线
节点数据、插值、导入插值后的坐标数据、利用点构造面、模型的侧面构造等步骤；上述模型导出处理主要包括合并侧面和底面、导出数据、
修改文件、建立工程文件等步骤。
[0034] 通过上述三维建模的处理，可以根据当前对象的医学图像数据快速、准确地得到待修复部位的三维模型；且该三维模型的形状、大小等指标与上述当前对象的眼部骨骼匹配程度较高。
[0035] 在具体实现时，上述当前对象的眼部骨骼医学图像数据可以包括以下数据中的一种或多种：X光图像数据、计算机断层扫描图像数据、正子断层扫描图像数据、
超声波图像数据和核磁共振图像数据。上述X光图像通过
X射线对不同物质的穿透本领不同，使人体在荧屏上或胶片上形成影像；上述计算机断层扫描图像简称CT图像，是利用精确
准直的X
线束、γ射线、超声波等，与灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位作一个接一个的断面扫描，具有扫描时间快，图像清晰等特点；上述正子断层扫描图像可以提供活体生化和生理定量诊断讯息的医学影像；上述超声波图像是利用人体各种组织对超声波的折射、反射和吸收程度不同而呈现出影像特征；上述核磁共振图像是通过核磁共振谱线特征参数，例如谱线宽度、谱线轮廓形状、谱线面积、谱线
位置等的测定来分析物质的分子结构与性质，具有非常高的分辨本领和精确度。
[0036] 医学图像在处理生命科学研究、医学诊断以及临床
治疗、整容美容等方面起着重要作用；医学图像记录了当前对象各种数据，为后续的三维建模以及模型制作提供了较好的数据
基础。
[0037] 更进一步地，为了得到待修复部位实体模型，本发明在具体实现时，还将待修复部位的三维数字模型的数据输入至聚醚醚酮3D打印机，打印出待修复部位的实体模型。其中，上述打印过程包括：将待修复部位的三维数字模型的数据转换为光固化立体造型术文件；将光固化立体造型术文件输入至聚醚醚酮3D打印机，打印出待修复部位的实体模型。上述光固化立体造型术文件简称STL文件，是一种为快速
原型制造技术服务的三维图形文件格式，属于一种借口协议。光固化立体造型术文件由多个三
角形面片的定义组成，每个三角形面片的定义包括三角形各个定点的三维坐标及三角形面片的法矢量。
[0038] 通过上述聚醚醚酮3D打印机可打印出与当前对象匹配程度较高的待修复部位三维实体模型，并且具有制作难度低、方便快捷的优点。
[0039] 为了与当前对象的骨骼特征更加匹配，上述聚醚醚酮3D打印机的材料可以包括聚醚醚酮和
碳纤维增强聚醚醚酮。
现有技术中，应
力遮挡的现象是骨重建效应的重要体现，在骨骼中，骨组织中的成骨细胞和破骨细胞通过感受力学刺激来对骨的生长或吸收进行调控。目前常用的钛
合金材料具有良好的机械强度，但其生物相容性欠佳，
弹性模量远高于人体骨骼，植入体内后易造成
应力遮挡现象，不利于骨组织再生。聚醚醚酮具有如下特点：X线可穿透，便于观察骨折愈合过程，与金属相比，术后CT及磁共振检查不需担心金属伪影；耐热性能好，熔点334℃，能在200℃的高温下长期工作；化学性质稳定，在各种物理
辐射下化学结构不发生改变，耐
腐蚀，只溶于浓
硫酸。因此，聚醚醚酮应广泛应用于眼眶
植入物，会大大降低由于金属材料和人体骨骼弹性模量差距过大而造成的应力遮挡、骨吸收，以及金属植入体造成排异反应、二次手术等问题。由于聚醚醚酮的内聚力强，不易与其他材料粘结，在分层加工中会产生与
底板粘接不牢的情况，需要将定制的聚醚醚酮
薄膜粘贴在3D打印系统
铝合金
基板表层；
铝合金基板也可以用其他导热性优良材料的基板代替。3D打印喷头结构可以为
柱塞式或螺旋
挤压式等送丝结构。
[0040] 考虑到现有常用的修复材料模型制作难度大、耗时长，且与眼部骨骼匹配程度较低的问题，本发明实施例提供了眼眶修复材料的制作方法和装置，该技术可以采用相关的软件和设备实现，下面通过实施例进行描述。
[0041] 参见图2所示的一种眼眶修复材料的制作装置的结构示意图，该装置包括以下模块：
[0042] 眼部骨骼医学图像数据获取模块21，用于获取当前对象的眼部骨骼医学图像数据；
[0043] 图像处理检测模块22，用于对眼部骨骼医学图像数据进行图像处理，检测出待修复部位；
[0044] 数据提取模块23，用于提取待修复部位的组织结构数据；其中，组织结构数据包括：待修复部位的眶内壁骨骼数据、眶外壁骨骼数据、眶顶骨骼数据、眶底骨骼数据、眶上缘骨骼数据、眶下缘骨骼数据、眶内缘骨骼数据和眶外缘骨骼数据；
[0045] 建模模块24，用于利用三维建模法对待修复部位的组织结构数据进行处理，得到待修复部位的三维数字模型；
[0046] 打印模块25，用于将待修复部位的三维数字模型的数据输入至聚醚醚酮3D打印机，打印出待修复部位的实体模型。
[0047] 本实施例的上述装置中，通过获取当前对象的眼部骨骼医学图像数据，对上述图像数据进行处理监测和提取，并进行三维建模和打印出实体模型，可以为当前对象制作出与该对象的眼眶骨骼匹配程度较高的待修复部位的实体模型，且制作难度低，方便快捷。
[0048] 应注意到，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0049] 本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
[0050] 为了能够获取当前对象详细的眼眶骨骼数据，上述眼部骨骼医学图像数据获取模块21包括：
[0051] X光图像获取单元，用于通过X光成像仪器获取当前对象的眼部骨骼的X光图像；
[0052] 计算机断层图像获取单元，用于通过计算机断层扫描机获取当前对象的计算机断层图像；
[0053] 正子断层图像获取单元，用于通过正子断层扫描仪获取当前对象的正子断层图像；
[0054] 超声图像获取单元，用于通过超声诊断仪获取当前对象的超声图像；
[0055] 核磁共振图像获取单元，用于通过核磁共振仪获取当前对象的核磁共振图像。
[0056] 通过上述眼部骨骼医学图像数据获取模块21，可以获得当前对象的一种或多种医学图像数据；医学图像记录了当前对象各种数据，为后续的三维建模以及模型制作提供了较好的数据基础。
[0057] 为了将从医学图像数据中提取的二维数据信息转换为三维模型，上述建模模块24包括：
[0058] 数据整理单元，用于对待修复部位的组织结构数据进行数据整理处理；
[0059] 建模处理单元，用于对数据整理单元输出的数据进行建模处理；
[0060] 模型导出单元，用于对建模处理单元输出的模型进行导出处理。
[0061] 通过上述建模模块的处理，可以根据当前对象的医学图像数据快速、准确地得到待修复部位的三维模型；且该三维模型的形状、大小等指标与上述当前对象的眼部骨骼匹配程度较高。
[0062] 为了得到待修复部位实体模型，上述打印模块25包括：
[0063] 数据转换单元，用于将待修复部位的三维数字模型的数据转换为光固化立体造型术文件；
[0064] 输入单元，用于将光固化立体造型术文件输入至聚醚醚酮3D打印机。聚醚醚酮3D打印系统带有保温打印室，且打印室可以采用不锈
钢红外线加热圈加热或
石英云母红外加热等方式进行温场调节。
[0065] 将人工骨的STL文件输入自制聚醚醚酮3D打印系统进行人工骨的三维实体制造进一步包括以下步骤：
[0066] 第一步，将直径为1.6mm的聚醚醚酮丝用烘干箱以100℃～140℃的
温度干燥12小时；
[0067] 第二步，通过自制温控系统将3D打印系统喷头预热到T1(340℃～355℃)，铝合金基板预热到T2(110℃～120℃)，打印室预热到T3(200℃～230℃)；
[0068] 第三步，通过控制系统将直径为0.3mm的3D打印
喷嘴调至距打印平台0.2mm，随后双
齿轮送丝机构将直径为1.6mm的聚醚醚酮丝匀速送入已经预热的喷头，3D打印系统喷头根据分层软件生成的人工骨轨迹行进，打印出聚醚醚酮人工骨的第一层，而后按照控制系统规划的轨迹路径，分别打印第2，3层，直至完成仿生聚醚醚酮人工骨的3D打印；
[0069] 第四步，为了减轻聚醚醚酮人工骨在成形过程中因内应力导致的、脆断、分层、
翘曲变形等问题，将打印室温度T3由200℃～230℃以5℃-10℃/min的速度逐渐冷却到室温，然后再从打印室中取出仿生聚醚醚酮人工骨。
[0070] 通过上述聚醚醚酮3D打印机可打印出与当前对象匹配程度较高的待修复部位三维实体模型，并且具有制作方便、快捷的优点。
[0071] 本发明在实际应用时，可以将待修复的外伤后眼眶进行
电子计算机断层扫描，将电子计算机断层扫描得到的断层数据以Dicom(Digital Imaging and Communications in Medicine，医学数字成像和通信格式)输出，经Mimics(Materialise's interactive medical image control system，Materialise公司的交互式的医学影像控制系统)软件重建其三维模型,制造出与之匹配的个性化眼眶骨缺损，根据缺损大小及
稳定性在其周围设计
补片，以STL格式输出到3D打印机，使用聚醚醚酮材料打印出眼眶骨缺损人工植入物。本发明与现有技术相比，在术中可直接利用术前打印好的个性化人工骨
植物体代替钛金属、曼特波等材料，不需术中塑性、修剪，从而大大的缩短手术时间，减少术中出血、降低术中各种并发症的发生率。
[0072] 进一步地，该聚醚醚酮仿生人工骨的3D打印制造方法包括以下步骤：获取患者待植入部位的医学图像数据、从获取的医学图像数据中提取出所需要的骨组织数据、建立仿生人工骨的三维数字模型、将人工骨三维数字模型进行格式转化、将转化后的文件输入3D打印系统进行人工骨的三维制造、进行细胞毒性试验、动物试验、临床试验；具体步骤如下：步骤一、采用CT、MRI、超声医疗仪器获取患者待植入部位的医学图像数据；步骤二、将步骤一中获取的患者待植入部位医学图像数据输入计算机，对医学图像数据进行处理，提取出所需要的骨组织数据；步骤三、对步骤二中提取的骨组织数据进行处理，利用逆向工程实现人工骨三维数字模型建立；步骤四、利用三维建模软件将步骤三建立的人工骨三维数字模型转换成3D打印系统可以识别的STL格式文件；步骤五、将人工骨的STL文件输入自制聚醚醚酮3D打印系统进行人工骨的三维实体制造；步骤六、对采用3D打印技术制造的聚醚醚酮仿生人工骨进行细胞毒性试验，动物试验，最终进行临床试验。
[0073] 在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所描述的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信
接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0074] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
[0075] 最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以
权利要求的保护范围为准。
