一种基于数字化医疗3D打印圆锥角膜用巩膜镜的方法与流程

本发明涉及巩膜镜成型装置，具体为一种基于数字化医疗3d打印圆锥角膜用巩膜镜的方法。

背景技术：

1、目前，医学治疗的个性化是21世纪医学发展方向之一，3d打印技术是数字化、智能化制造与材料科学相结合产生的新技术，又称“快速成型”技术或“增材制造”技术，是利用数字化模型将材料一层层打印出来创建物体的累积制造技术，3d打印可以实现低成本的设计和生产工具，帮助早期发现常见的眼部疾病，专门为个别患者建造的诊断和治疗设备，3d打印隐形眼镜和眼内植入物，辅助手术计划和提高患者和医务人员教育的模型等，在眼科的各种应用将可能成为主流医学的一部分。巩膜镜是一种特殊设计的大直径硬性透氧性接触镜。广义上，巩膜镜包括角膜巩膜镜(又称为角膜缘镜、半巩膜镜)和全巩膜镜(又称为真巩膜镜)，前者指镜片着陆区部分在角膜上，部分在巩膜上，后者指镜片着陆区完全位于巩膜前表面。巩膜镜有着广阔的应用前景，可为角膜提供机械保护，改善各种眼部疾病患者的视觉质量及生活质量方面表现出巨大潜力。

2、巩膜镜常见适应症有：1、引起角膜不规则散光的疾病：圆锥角膜、角膜扩张、角膜移植、单纯疱疹病毒感染等引起角膜瘢痕所造成的不规则散光、角膜退化或营养不良、角膜外伤，存在明显疤痕及严重不规则散光。2、严重干眼症：巩膜镜横跨角膜缘且不会在角膜上移动，起到改善泪液渗透压，促进角膜上皮愈合，在镜片后形成泪液并持续为眼表补水，从而保护眼表的作用。

3、现有技术中临床上巩膜镜配适所需参数，具体为：1、角膜巩膜形态；2、不同子午线方位角膜矢高；3、不同子午线角巩膜的转折角度；4、泪液镜厚度及其分布；5、泪液镜下沉规律等。而临床上的困境是：1、试错；2、耗时；3、医生经验方面，相对其他的接触镜医生的成长周期明显延长，有经验的医生凤毛麟角；4、成本比较高；5、适配参数的获取方法:仅限于获取小于15mm弦长处的矢高(oct)，大部分技术无法获取完整的镜下泪液厚度，小范围的oct需要多次拍摄，全巩膜形态评估信息缺乏，国外有esp眼表轮廓仪等，成像范围稍大，但看不了戴镜效果，具有局限性，角膜形态检测应用角膜地形图，基于目前临床工作中，对于不规则角膜、严重眼表疾病的scl的验配，如圆锥角膜的患者难度较大，验配师或医生往往需要多次尝试，才能确定相对满意的镜片定制参数，这种反复的试戴过程，及需要患者戴镜观察约2小时评估镜下液厚度变化，不仅增加了患者的不适感，还会增加角膜上皮脱落或角膜感染的风险。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于数字化医疗3d打印圆锥角膜用巩膜镜的方法，解决了基于目前临床工作中，对于不规则角膜、严重眼表疾病圆锥角膜scl的验配，难度较大的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于数字化医疗3d打印圆锥角膜用巩膜镜的方法，包括步骤s1：使用计算机辅助设计和制造软件创建三维模型，建立病患个性化有限元模型，使用有限元分析软件模拟巩膜镜配戴测量时眼球的动态受压即眼睑压力、镜下泪液张力以及实测眼内压；

3、步骤s2:结合3d打印技术，实现以微纳3d打印技术，使用现有材料直接或间接制造巩膜镜：采用面投影微立体光刻技术；

4、步骤s3:将数字化医疗数据设计为间接式的模具，完整呈现欲矫正的光学曲率条件，解除传统加工于多阶方程式曲率条件，使其矫正疗效更佳；

5、步骤s4：探讨基于3d打印技术，将其数字化医疗数据的复杂条件设计为间接式的模具，实现象限性的优化设计；

6、步骤s5：实现个性化的巩膜镜定制，结合光学数据，精准设计符合患者病情的光学曲率和角膜巩膜形态的巩膜镜三维模型，智能化预测镜片下沉的规律数据，实现以3d打印技术定制巩膜镜；

7、步骤s6：个性化定制巩膜镜的注意事项，现有巩膜镜打印技术暂不成熟，需要研究观察持续改进，虽不常见，若出现一些异常情况不及时处理，会危害眼球健康；

8、步骤s7：将定制完成的巩膜镜清洁消毒，使患者使用时更加干净，有利于眼部健康，全功能护理液清洁后浸泡护理液里4小时以上配戴，戴前镜片凹面滴满0.9％生理盐水,再进行配戴，建议一周1次除蛋白护理，浸泡时间不超过半小时，浸泡后用0.9％生理盐水冲洗后再在护理液里浸泡4小时以上。

9、优选的，所述步骤s1中，使用计算机辅助设计和制造软件创建三维模型的具体步骤为：

10、(1)通过基于广角眼前节oct图像的动态眼表地形图数据建立全眼球和巩膜镜的三维有限元模型，全眼球和巩膜镜力学接触有限元模型包括全眼球模型和巩膜镜模型两部分，借鉴国内现有最前沿的研究，基于谱域光学相干断层扫描成像系统，进行研发大范围断层扫描仪，成像宽度＞18mm，深度＞7mm，覆盖整个角膜巩膜区域，拍摄完整3d图像，仅需0.3秒，快速，重复性高，经过图像重构误差变形校正算法，解决任意情况下oct图像的变形校正问题，获得患者眼表不规则形态个体特征图像；

11、(2)通过模拟计算泪液镜厚度分布和眼表受压形变和应力分布的情况，获得图像后，深度学习网络，人工智能的结合，把前后表面，镜片、泪液层、角膜、巩膜的边界识别出来，巩膜与角巩膜缘区的不对称性，网络输出直观数据和图形，提高精确度，以实现个性化设计，从而降低对于医生主观上的测量矢高误差等，提高安全性及疗效；

12、(3)通过逆向分析方法(以问题为开始,一步一步地倒推出求解待解问题或得到需知条件所需要的需知条件及其相关的基本问题)对上述模型进行优化。

13、优选的，所述步骤s2中结合3d打印技术，实现以微纳3d打印技术的具体步骤为：

14、(1)把模型输出的动态眼表地形图设为模拟数据；

15、(2)采用逆向分析方法使得各区域拟合数据与目标数据尽量贴合；

16、(3)结合医师提供光学数据精准设计符合患者病情的光学曲率和角巩膜形貌的巩膜镜三维模型，结合oct数据智能化预测镜片下沉的规律数据。

17、优选的，所述步骤s3中，将数字化医疗数据设计为间接式的具体步骤为：

18、(1)使用高精密职位光刻投影系统，将需打印的图案投影到树脂槽液面，在液面固化树脂并快速为立体成型；

19、(2)从数字模型直接加工三维复杂的模型和样件，完成产品生产；

20、(3)通过化学蒸汽抛光的方式对3d打印直接制造巩膜镜产品或者巩膜镜间接制造模具进行抛光处理使其表面粗糙度达到5nm以下。

21、优选的，所述步骤s4中，探讨基于3d打印技术，将其数字化医疗数据的复杂条件设计为间接式的模具，运用目前临床的巩膜镜验配技术理论，基于广角眼前节oct图像的动态眼表地形图数据，建立全眼球和巩膜镜的三维有限元模型。

22、优选的，所述步骤s5中，实现个性化的巩膜镜定制，巩膜镜设计主要有四方面考虑：

23、(1)巩膜镜片主要结构：包括中央泪液区、角巩缘区及巩膜着陆区，所述中央泪液区，拱起于角膜中央，稳定适宜的镜下泪液厚度，定制清晰视力，所述角巩缘区,提供独立设计的角膜镜下液，所述巩膜着陆区，呈现与巩膜贴合配适的角度或镜片的接触区；

24、(2)在镜片的形状方面，包括扁圆形和扁长形，所述扁圆形适用于正常眼、眼部及屈光手术术后、轻度角膜扩张等情况，所述扁长形适用于严重的角膜扩张和各种圆锥角膜等情况；

25、(3)有三种设计类型全弧区个性化定制，包括球面、环曲及多焦，更贴合眼表角膜巩膜形态；

26、(4)象限特异调整方案为：拟在不同象限上调整水平和垂直直径以及半球形或椭球体高度，使镜片更贴合角膜前表面的形态。

27、优选的，所述步骤s6中，个性化定制巩膜镜的注意事项，发生表面具体为：巩膜镜是人体外组织，附着在眼表上，会改变眼表的生理环境及其代谢，干扰了眼表结构，从而诱发一些并发症，缺氧反应镜片材料以及镜片的厚度问题可产生角膜缺氧的情况，导致角膜水肿、上皮变薄、敏感度下降、新生血管生成以及内皮细胞减少，免疫反应和炎症，这种情形在特应性疾病、眼表疾病和术后眼更为常见，在长期配戴镜片后会发生镜片粘连，并不常见，但若不及时处理，会危害眼健康，所以，设计定制科学合理的全曲率巩膜镜更为重要。

28、优选的，所述步骤s7中，定制完成的巩膜镜应当用全功能护理液清洁后浸泡护理液里4小时以上配戴，戴前镜片凹面滴满0.9％生理盐水,再进行配戴，建议一周1次除蛋白护理，浸泡时间不超过半小时，浸泡后用0.9％生理盐水冲洗后再在护理液里浸泡4小时以上，严格护理以安全配戴的保障。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

30、1、本发明的有益效果是，临床科室与3d技术跨学科合作，结合数字化医疗，实现3d打印技术制造圆锥角膜患者的个性化设计巩膜接触镜，借鉴国内现有最前沿的研究基于sd-oct，进行研发的大范围as-oct：成像宽度＞18mm，深度＞7mm，覆盖整个角膜巩膜区域，拍摄完整3d图像，仅需0.3秒，快速，重复性高，获得图像后，经过图像重构误差变形校正算法，解决任意情况下oct图像的变形校正问题，获得患者眼表不规则形态个体特征图像；深度学习网络，人工智能的结合，把前后表面，镜片、泪液层、角膜、巩膜的边界识别出来，巩膜与角巩膜缘区的不对称性，网络输出直观数据和图形，提高精确度，以实现个性化设计，从而降低对于医生主观上的测量矢高误差等，提高安全性及疗效。

31、2、本发明的有益效果是，应用圆锥角膜的巩膜镜验配技术理论，充分应用oct3d数据优势，具体为：低相干光干涉原理，非接触、非侵入性、无辐射，高分辨率断层成像，关键是基于oct3d图像分割的边界，可自动计算出不同子午线方向的角巩膜缘形态及量化角度、矢高曲线，巩膜地形的规则对称与否，结合角膜地形图等，从而实现眼表各象限、个性化设计的巩膜镜。

32、3、本发明的有益效果是，数字化重建及3d打印技术用于定制圆锥角膜患者的巩膜镜的可行性，结合光学数据，优化设计和制造软件创建符合患者眼部形态的巩膜镜三维模型，结合3d打印技术定制巩膜镜样品实现3d打印高度个性化定制巩膜镜，达到缩短制造工艺的目的，降低经济成本。