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CN110124212A - 一种基于3d打印的高弹透气放疗面罩及其制造方法 - Google Patents

一种基于3d打印的高弹透气放疗面罩及其制造方法 Download PDF

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CN110124212A CN201910394353.7A CN201910394353A CN110124212A CN 110124212 A CN110124212 A CN 110124212A CN 201910394353 A CN201910394353 A CN 201910394353A CN 110124212 A CN110124212 A CN 110124212A
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苟小霞
张大权
朱琳
王建文
徐晖
吴金枝
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Abstract

本发明公开了一种基于3D打印的高弹透气放疗面罩及其制造方法，属于放疗辅助工具技术领域。包括以下步骤：数据采样；三维建模；3D打印；表面处理；放疗面罩主要包括贴合人脸的面罩本体、安装底座、固定扣板，面罩本体上开设有眼部凹槽、鼻部吸氧口、口部吸氧口，满足患者的吸氧要求，能够消除病人放疗时因呼吸不畅引起的不适感；通过卡接固定件将面罩本体与外部放疗设备连接，使得面罩本体定位牢靠，患者头部不易发生移动；对面罩杀菌后进行进一步的表面除杂，在避免病菌侵袭患者，增加患者的病情的同时，还能避免杂质影响放疗效果；本发明具有固定性好、放疗效果好的优点，适合大量推广。

Description

一种基于3D打印的高弹透气放疗面罩及其制造方法
技术领域
本发明属于放疗辅助工具技术领域，具体涉及一种基于3D打印的高弹透气放疗面罩及其制造方法。
背景技术
近年来，随着医用加速器在放疗中的应用，肿瘤患者的生存得到了大幅提升。尤其是调强技术的应用，患者治疗后的生存质量也随之改善，因此，放疗是治疗肿瘤的一种重要手段。放疗是一种用高能射线杀死癌细胞的治疗方式，在治疗过程中，需要对病灶进行精确的定位，以达到治疗效果。因此，放疗对位置精度要求较高，在放疗过程中需要将对头颈部肿瘤的患者采用面罩对头部、颈肩部进行固定。目前普遍使用的头颈肩热塑面膜制作时间长以及收缩后给患者带来不适。
3D打印技术是一种快速成型技术，以数字模型文件为基础，运用粉末状可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，其在放疗面罩方面的应用也越来越普遍。
现有的3D打印技术制造的放疗面罩，透气性差，且整个罩体与患者的脸部外形贴合度不够，容易使患者的头部发生移动，降低定位精度，从而造成放疗效果不佳。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明第一个技术问题是提供了一种基于3D打印的高弹透气放疗面罩，本发明解决的另一个技术问题是提供了一种基于3D打印的高弹透气放疗面罩的制造方法。
为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：一种基于3D打印的高弹透气放疗面罩，主要包括贴合人脸的面罩本体、安装底座、固定扣板，所述面罩本体为网状结构或框架结构，面罩本体上设有与患者眼部贴合的眼部凹槽，面罩本体上设有用于连接外部吸氧装置的鼻部吸氧口、口部吸氧口；所述安装底座一侧设有颈部放置槽一，安装底座上设有多个安装孔一，安装底座下端面设有矩形凹槽，安装底座下端面且位于矩形凹槽的外围均匀设有多个卡接固定件，所述卡接固定件包括固定架、连接柱、卡接板，所述连接柱与所述固定架底端两侧连接，所述卡接板底端设有滑动筒，所述滑动筒套设在连接柱外，卡接板有两个，两个卡接板分别通过滑动筒对称设在连接柱左右两端，且两个卡接板之间通过弹簧连接，安装底座的上端面与面罩本体下沿连接；所述固定扣板位于安装底座正下端，且固定扣板上端面对应矩形凹槽处设有矩形卡块，固定扣板一侧对应颈部放置槽一处设有颈部放置槽二，固定扣板上端设有多个卡接槽，多个卡接槽的位置与多个卡接固定件的位置一一对应，且两个卡接板可卡接在卡接槽底端两侧，固定扣板上对应安装孔一的位置设有安装孔二，固定扣板下端设有用于固定固定扣板的扣槽。
进一步地，所述眼部凹槽、鼻部吸氧口、口部吸氧口内侧分别设有软硅胶圈，一方面能够增加患者的舒适度，另一方面，通过软硅胶圈增加患者头部与面罩本体的稳定性。
为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：一种基于3D打印的高弹透气放疗面罩的制造方法，包括以下步骤：
(1)数据采样：患者平躺在放疗设备正下端，利用CT扫描仪对患者头部及其周边部位、放疗床体尺寸进行扫描，分别获得对应的三维数据；
(2)三维建模：根据步骤(1)获得的患者头部及其周边部位的三维扫描数据设计面罩本体1的初步模型，根据放疗床体尺寸的三维数据设计安装底座2和固定扣板3的初步模型，将上述得到的三维数据分别导入3D打印软件进行三维建模，并根据制作材料成本的不同，设计不同的加工余量，在得到的上述面罩本体1的三维模型上开设眼部凹槽10、鼻部吸氧口11、口部吸氧口12；
(3)3D打印：根据步骤(2)得到的三维模型进行3D打印，3D打印的具体过程为：将制备安装底座和固定扣板所需的粉末状物料分别装入铺粉式激光打印设备中，然后抽真空，待真空压力P≤220Pa时，按设计的产品尺寸在打印设备中建模开始打印，得到安装底座和固定扣板，然后将矩形卡块卡接在矩形凹槽内，并将卡接板穿过卡接槽并卡接在卡接槽下端两侧，对安装底座和固定扣板进行固定，然后将固定扣板固定在外部放疗设备上，将制备面罩本体所需的粉末状物料分别装入铺粉式激光打印设备中，按上述步骤进行3D打印；
(4)表面处理：取能级为8-10MeV的加速电子对将步骤(3)打印好的网状结构或框架结构的样品进行表面进行辐射清洁杀菌处理。
进一步地，所述步骤(3)中的激光打印设备的激光功率为40-450W，扫描速度为40-350mm/s,激光束直径为45-330μm，打印每层铺粉厚度为4-105μm，通过控制各项参数在上述数值的范围内，保证制备的放疗面罩的各项指标满足放疗要求。
进一步地，所述加速电子对样品表面进行辐射杀菌时，辐射温度为35-45℃，辐照时间为25-30min。
更进一步地，将表面处理后的面罩放入超声波清洗机中，利用丙酮溶液对样品表面进行清洗10min-20min，然后将清洗后的样品放入去离子水冲洗30min，最后放入烘箱中烘干，对面罩杀菌后进行进一步的表面除杂，在避免病菌侵袭患者，增加患者的病情的同时，还能避免杂质影响放疗效果。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种基于3D打印的高弹透气放疗面罩及其制造方法，与现有技术相比，本发明的面罩本体上开设有眼部凹槽、鼻部吸氧口、口部吸氧口，满足患者的吸氧要求，能够消除病人放疗时因呼吸不畅引起的不适感；面罩本体的形状与患者脸部轮廓相吻合，增加放疗时患者头部的定位精度，增加放疗效果；面罩本体通过卡接固定件与固定扣板卡接，且固定扣板与外部放疗设备连接，使得面罩本体定位牢靠，患者头部不易发生移动；对面罩杀菌后进行进一步的表面除杂，在避免病菌侵袭患者，增加患者的病情的同时，还能避免杂质影响放疗效果；本发明具有固定性好、放疗效果好的优点，适合大量推广。
附图说明
图1是本发明的网状面罩主体的结构示意图；
图2是本发明的框状面罩主体的结构示意图；
图3是本发明的安装底座的结构示意图；
图4是本发明的固定扣板的结构示意图；
图5是本发明的卡接固定件的结构示意图。
其中，1-面罩本体、10-眼部凹槽、11-鼻部吸氧口、12-口部吸氧口、13-软硅胶圈、2-安装底座、20-颈部放置槽一、21-安装孔一、22-矩形凹槽、23-卡接固定件、230-固定架、231-连接柱、232-卡接板、2320-滑动筒、3-固定扣板、30-矩形卡块、31-颈部放置槽二、32-卡接槽、33-安装孔二。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
如图1所示，一种基于3D打印的高弹透气放疗面罩，主要包括贴合人脸的面罩本体1、安装底座2、固定扣板3，面罩本体1为网状结构，面罩本体1上设有与患者眼部贴合的眼部凹槽10，面罩本体1上设有用于连接外部吸氧装置的鼻部吸氧口11、口部吸氧口12；安装底座2一侧设有颈部放置槽一20，如图3所示，安装底座2上设有四个安装孔一21，安装底座2下端面设有矩形凹槽22，安装底座2下端面且位于矩形凹槽22的外围均匀设有三个卡接固定件23，如图5所示，卡接固定件23包括固定架230、连接柱231、卡接板232，连接柱231与固定架230底端两侧连接，卡接板232底端设有滑动筒2320，滑动筒2320套设在连接柱231外，卡接板232有两个，两个卡接板232分别通过滑动筒2320对称设在连接柱231左右两端，且两个卡接板232之间通过弹簧连接，安装底座2的上端面与面罩本体1下沿连接；固定扣板3位于安装底座2正下端，且固定扣板3上端面对应矩形凹槽22处设有矩形卡块30，如图4所示，固定扣板3一侧对应颈部放置槽一20处设有颈部放置槽二31，固定扣板3上端设有三个卡接槽32，三个卡接槽32的位置与三个卡接固定件22的位置一一对应，且两个卡接板232可卡接在卡接槽32底端两侧，固定扣板3上对应安装孔一21的位置设有安装孔二33，固定扣板3下端设有用于固定固定扣板3的扣槽34。
一种基于3D打印的高弹透气放疗面罩的制造方法，包括以下步骤：
(1)数据采样：患者平躺在放疗设备正下端，利用CT扫描仪扫描患者头围、面长、口鼻眼耳并获得相应的三维参数，利用CT扫描仪扫描放疗床体长、宽、高，并获得对应的三维数据；
(2)三维建模：根据步骤(1)获得的患者头部及其周边部位的三维扫描数据设计面罩本体1的初步模型，根据放疗床体尺寸的三维数据设计安装底座2和固定扣板3的初步模型，将上述得到的三维数据分别导入3D打印软件进行三维建模，并根据制作材料成本的不同，设计的加工余量为3cm，在得到的上述面罩本体1的三维模型上开设眼部凹槽10、鼻部吸氧口11、口部吸氧口12；
(3)3D打印：根据步骤(2)得到的三维模型进行3D打印，3D打印的具体过程为：将制备安装底座2和固定扣板3所需的粉末状物料分别装入铺粉式激光打印设备中，然后抽真空，待真空压力P＝220Pa时，按设计的产品尺寸在打印设备中建模开始打印，得到安装底座2和固定扣板3，然后将矩形卡块30卡接在矩形凹槽22内，并将卡接板232穿过卡接槽32并卡接在卡接槽32下端两侧，对安装底座2和固定扣板3进行固定，然后将固定扣板3固定在外部放疗设备上，将制备面罩本体1所需的粉末状物料分别装入铺粉式激光打印设备中，按上述步骤进行3D打印；
(4)表面处理：取能级为8MeV的加速电子对将步骤(3)打印好的网状结构或框架结构的样品进行表面进行辐射清洁杀菌处理，加速电子对样品表面进行辐射杀菌时，辐射温度为35℃，辐照时间为25min。
步骤(3)中的激光打印设备的激光功率为230W，扫描速度为180mm/s,激光束直径为200μm，打印每层铺粉厚度为85μm，通过控制各项参数在上述数值的范围内，保证制备的放疗面罩的各项指标满足放疗要求。
实施例2
如图2所示，一种基于3D打印的高弹透气放疗面罩，主要包括贴合人脸的面罩本体1、安装底座2、固定扣板3，面罩本体1为框状结构，面罩本体1上设有与患者眼部贴合的眼部凹槽10，面罩本体1上设有用于连接外部吸氧装置的鼻部吸氧口11、口部吸氧口12；安装底座2一侧设有颈部放置槽一20，如图3所示，安装底座2上设有四个安装孔一21，安装底座2下端面设有矩形凹槽22，安装底座2下端面且位于矩形凹槽22的外围均匀设有三个卡接固定件23，如图5所示，卡接固定件23包括固定架230、连接柱231、卡接板232，连接柱231与固定架230底端两侧连接，卡接板232底端设有滑动筒2320，滑动筒2320套设在连接柱231外，卡接板232有两个，两个卡接板232分别通过滑动筒2320对称设在连接柱231左右两端，且两个卡接板232之间通过弹簧连接，安装底座2的上端面与面罩本体1下沿连接；固定扣板3位于安装底座2正下端，且固定扣板3上端面对应矩形凹槽22处设有矩形卡块30，如图4所示，固定扣板3一侧对应颈部放置槽一20处设有颈部放置槽二31，固定扣板3上端设有三个卡接槽32，三个卡接槽32的位置与三个卡接固定件22的位置一一对应，且两个卡接板232可卡接在卡接槽32底端两侧，固定扣板3上对应安装孔一21的位置设有安装孔二33，固定扣板3下端设有用于固定固定扣板3的扣槽34。
一种基于3D打印的高弹透气放疗面罩的制造方法，包括以下步骤：
(1)数据采样：患者平躺在放疗设备正下端，利用CT扫描仪扫描患者头围、面长、口鼻眼耳并获得相应的三维参数，利用CT扫描仪扫描放疗床体长、宽、高，并获得对应的三维数据；
(2)三维建模：根据步骤(1)获得的患者头部及其周边部位的三维扫描数据设计面罩本体1的初步模型，根据放疗床体尺寸的三维数据设计安装底座2和固定扣板3的初步模型，将上述得到的三维数据分别导入3D打印软件进行三维建模，并根据制作材料成本的不同，设计的加工余量为3cm，在得到的上述面罩本体1的三维模型上开设眼部凹槽10、鼻部吸氧口11、口部吸氧口12；
(3)3D打印：根据步骤(2)得到的三维模型进行3D打印，3D打印的具体过程为：将制备安装底座2和固定扣板3所需的粉末状物料分别装入铺粉式激光打印设备中，然后抽真空，待真空压力P＝220Pa时，按设计的产品尺寸在打印设备中建模开始打印，得到安装底座2和固定扣板3，然后将矩形卡块30卡接在矩形凹槽22内，并将卡接板232穿过卡接槽32并卡接在卡接槽32下端两侧，对安装底座2和固定扣板3进行固定，然后将固定扣板3固定在外部放疗设备上，将制备面罩本体1所需的粉末状物料分别装入铺粉式激光打印设备中，按上述步骤进行3D打印；
(4)表面处理：取能级为10MeV的加速电子对将步骤(3)打印好的网状结构或框架结构的样品进行表面进行辐射清洁杀菌处理，加速电子对样品表面进行辐射杀菌时，辐射温度为45℃，辐照时间为30min。
步骤(3)中的激光打印设备的激光功率为230W，扫描速度为180mm/s,激光束直径为200μm，打印每层铺粉厚度为85μm，通过控制各项参数在上述数值的范围内，保证制备的放疗面罩的各项指标满足放疗要求。
将表面处理后的面罩放入超声波清洗机中，利用丙酮溶液对样品表面进行清洗10min-20min，然后将清洗后的样品放入去离子水冲洗30min，最后放入烘箱中烘干，对面罩杀菌后进行进一步的表面除杂，在避免病菌侵袭患者，增加患者的病情的同时，还能避免杂质影响放疗效果。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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：其依然可以对前述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；而这些修改或者替换，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。

Claims (5)

1.一种基于3D打印的高弹透气放疗面罩，其特征在于，主要包括贴合人脸的面罩本体(1)、安装底座(2)、固定扣板(3)，所述面罩本体(1)为网状结构或框架结构，面罩本体(1)上设有与患者眼部贴合的眼部凹槽(10)，面罩本体(1)上设有用于连接外部吸氧装置的鼻部吸氧口(11)、口部吸氧口(12)；所述安装底座(2)一侧设有颈部放置槽一(20)，安装底座(2)上设有多个安装孔一(21)，安装底座(2)下端面设有矩形凹槽(22)，安装底座(2)下端面且位于矩形凹槽(22)的外围均匀设有多个卡接固定件(23)，所述卡接固定件(23)包括固定架(230)、连接柱(231)、卡接板(232)，所述连接柱(231)与所述固定架(230)底端两侧连接，所述卡接板(232)底端设有滑动筒(2320)，所述滑动筒(2320)套设在连接柱(231)外，卡接板(232)有两个，两个卡接板(232)分别通过滑动筒(2320)对称设在连接柱(231)左右两端，且两个卡接板(232)之间通过弹簧连接，安装底座(2)的上端面与面罩本体(1)下沿连接；所述固定扣板(3)位于安装底座(2)正下端，且固定扣板(3)上端面对应矩形凹槽(22)处设有矩形卡块(30)，固定扣板(3)一侧对应颈部放置槽一(20)处设有颈部放置槽二(31)，固定扣板(3)上端设有多个卡接槽(32)，多个卡接槽(32)的位置与多个卡接固定件(22)的位置一一对应，且两个卡接板(232)可卡接在卡接槽(32)底端两侧，固定扣板(3)上对应安装孔一(21)的位置设有安装孔二(33)，固定扣板(3)下端设有用于固定固定扣板(3)的扣槽(34)。
2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的高弹透气放疗面罩，其特征在于，所述眼部凹槽(10)、鼻部吸氧口(11)、口部吸氧口(12)内侧分别设有软硅胶圈(13)。
3.一种基于3D打印的高弹透气放疗面罩的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)数据采样：患者平躺在放疗设备正下端，利用CT扫描仪对患者头部及其周边部位、放疗床体尺寸进行扫描，分别获得对应的三维数据；
(2)三维建模：根据步骤(1)获得的患者头部及其周边部位的三维扫描数据设计面罩本体(1)的初步模型，根据放疗床体尺寸的三维数据设计安装底座(2)和固定扣板(3)的初步模型，将上述得到的三维数据分别导入3D打印软件进行三维建模，并根据制作材料成本的不同，设计不同的加工余量，在得到的上述面罩本体(1)的三维模型上开设眼部凹槽(10)、鼻部吸氧口(11)、口部吸氧口(12)；
(3)3D打印：根据步骤(2)得到的三维模型进行3D打印，3D打印的具体过程为：将制备安装底座(2)和固定扣板(3)所需的粉末状物料分别装入铺粉式激光打印设备中，然后抽真空，待真空压力P≤220Pa时，按设计的产品尺寸在打印设备中建模开始打印，得到安装底座(2)和固定扣板(3)，然后将矩形卡块(30)卡接在矩形凹槽(22)内，并将卡接板(232)穿过卡接槽(32)并卡接在卡接槽(32)下端两侧，对安装底座(2)和固定扣板(3)进行固定，然后将固定扣板(3)固定在外部放疗设备上，将制备面罩本体(1)所需的粉末状物料分别装入铺粉式激光打印设备中，按上述步骤进行3D打印；
(4)表面处理：取能级为8-10MeV的加速电子对将步骤(3)打印好的网状结构或框架结构的样品进行表面进行辐射清洁杀菌处理。
4.根据权利要求3所述的一种基于3D打印的高弹透气放疗面罩的制造方法，其特征在于，所述步骤(3)中的激光打印设备的激光功率为40-450W，扫描速度为40-350mm/s,激光束直径为45-330μm，打印每层铺粉厚度为4-105μm。
5.根据权利要求3所述的一种基于3D打印的高弹透气放疗面罩的制造方法，所述加速电子对样品表面进行辐射杀菌时，辐射温度为35-45℃，辐照时间为25-30min。
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