1.一种基于云服务的3D打印数字孪生系统构建方法,其特征在于:
包括以下步骤:
步骤一:从各种来源采集医疗数据,包括身体扫描数据、医学影像数据以及相关参数所需的数据,形成医学影像信息组、数据多样化信息组和生理信息组,并将采集到的医疗数据通过云服务进行存储;
采集医学影像数据,包括CT扫描图像和MRI图像,形成医学影像信息组;
通过整合不同医疗机构和不同设备记录的数据,采集医疗数据的多样性信息,包括不同类型的医学数据、采样密度和数据更新频率,形成数据多样化信息组;
采集患者身体扫描数据,包括残肢形态和生理特征,形成生理信息组;
步骤二:通过对采集的医学影像数据进行图像处理和分析去除噪声和伪影,对采集的医疗数据多样性信息进行处理和整合,对采集的患者身体扫描数据进行处理和三维重建;
通过将经过预处理的医学影像信息组、数据多样化信息组和生理信息组,整理后形成第一数据组、第二数据组和第三数据组;
所述第一数据组包括:医疗影像分辨率Yxfb、信噪比Xzb、数据完整度Sjwz和校准精度值Jzjd,第二数据组包括:数据类型数量Sjsl、采样密度值Cymd、数据更新频率Sjgx和打印建模速度Dysd,第三数据组包括:身体扫描精度Stsm、残肢形态复杂度Czxt、生理特征匹配度Tzpp和材料与皮肤的接触度Cljc;
步骤三:根据处理后的第一数据组、第二数据组和第三数据组,构建患者的数字孪生模型,包括骨骼结构和肌肉组织生理特征的建模,通过利用医学影像信息组和生理信息组,进行三维重建和模型构建,形成患者的数字化解剖模型,通过曲面算法计算后获取:3D打印数字孪生指数Dyls、数据质量系数Sjzl、数据多样性系数Sjdy和适配性系数Spxs;
模拟患者的生理结构和运动特征,包括骨骼结构和肌肉组织,进行生物力学分析和模拟;
所述3D打印数字孪生指数Dyls通过以下公式计算获取:
式中,Dyls表示3D打印数字孪生指数,Sjzl表示数据质量系数,Sjdy表示数据多样性系数,Spxs表示适配性系数,q、w和e分别表示数据质量系数Sjzl、数据多样性系数Sjdy和适配性系数Spxs的比例系数;
其中,0.12≤q≤0.28,0.23≤w≤0.35,0.22≤e≤0.37,且q+w+e≤1.0,R表示第一修正常数;
所述数据质量系数Sjzl通过以下公式计算获取:
Sjzl=[(Yxfb*t)+(Xzb*y)+(Sjwz*u)+(Jzjd*i)]+O;
式中,Yxfb表示医疗影像分辨率,Xzb表示信噪比,Sjwz表示数据完整度,Jzjd表示校准精度值,t、y、u和i分别表示医疗影像分辨率Yxfb、信噪比Xzb、数据完整度Sjwz和校准精度值Jzjd的比例系数;
其中,0.16≤t≤0.32,0.13≤y≤0.22,0.17≤u≤0.26,0.15≤i≤0.20,且t+y+u≤
1.0,O表示第二修正常数;
所述数据多样性系数Sjdy通过以下公式计算获取:
Sjdy=[(Sjsl*p)+(Cymd*a)+(Sjgx*s)+(Dysd*d)]+F;
式中,Sjsl表示数据类型数量,Cymd表示采样密度值,Sjgx表示数据更新频率,Dysd表示打印建模速度,p、a、s和d分别表示数据类型数量Sjsl、采样密度值Cymd、数据更新频率Sjgx和打印建模速度Dysd的比例系数;
其中,0.17≤p≤0.25,0.22≤a≤0.35,0.12≤s≤0.20,0.15≤d≤0.20,且p+a+s+d≤
1.0,F表示第三修正常数;
所述适配性系数Spxs通过以下公式计算获取:
Spxs=[(Stsm*g)+(Czxt*h)+(Tzpp*j)+(Cljc*c)]+K;
式中,Stsm表示身体扫描精度,Czxt表示残肢形态复杂度,Tzpp表示生理特征匹配度,Cljc表示材料与皮肤的接触度,g、h、j和c分别表示身体扫描精度Stsm、残肢形态复杂度Czxt、生理特征匹配度Tzpp和材料与皮肤的接触度Cljc的比例系数;
其中,0.27≤g≤0.30,0.22≤h≤0.35,0.12≤j≤0.20,0.07≤c≤0.15,且g+h+j+c≤
1.0,K表示第四修正常数;
通过3D打印数字孪生指数Dyls与预设标准阈值Z和预设标准阈值X相匹配,获取等级评估方案:
3D打印数字孪生指数Dyls≤预设标准阈值Z时,获取第一等级评估方案,表示医疗器械的数字孪生模型与患者的生理结构高度匹配,设计和制造过程达到了预期标准,医疗器械具有适应性和舒适度;
预设标准阈值Z<3D打印数字孪生指数Dyls<预设标准阈值X时,获取第二等级评估方案,表示医疗器械的数字孪生模型符合患者的生理结构,设计和制造过程满足标准要求,医疗器械的适应性和舒适度不需要调整;
3D打印数字孪生指数Dyls≥预设标准阈值X时,获取第三等级评估方案,表示医疗器械的数字孪生模型与患者的生理结构匹配度低于标准阈值10%,设计和制造过程存在10%的偏差,医疗器械的适应性和舒适度同时低于标准10%,需要进行改进和优化,加强身体扫描数据的重建和校准过程;
步骤四:基于数字孪生模型,设计义肢和假体的医疗器械,考虑患者的生理特征和个性化需求;
步骤五:利用3D打印技术,将设计好的医疗器械模型转化为3D打印文件,选择材料和参数打印生产;
步骤六:建立云服务平台,存储和管理医疗数据和设计文件,提供协作工具和平台,实现医生、设计师和患者之间的远程协作和访问。
2.根据权利要求1所述的一种基于云服务的3D打印数字孪生系统构建方法,其特征在于:基于数字孪生模型和个性化需求,制定医疗器械的设计方案和规划,考虑患者的解剖结构和个性化需求,确定医疗器械的整体设计理念和功能布局;
根据设计规划,进行医疗器械的具体设计,包括外形设计和结构设计方面,结合数字孪生模型的信息和个性化需求,设计出满足患者解剖特征和个性化要求的医疗器械模型。
3.根据权利要求1所述的一种基于云服务的3D打印数字孪生系统构建方法,其特征在于:将设计好的医疗器械模型转化为适用于3D打印机的打印文件STL或OBJ格式,以便进行后续的打印生产,将设计好的模型进行修复和优化,以确保其与特定的3D打印机和打印材料兼容,并能够顺利进行打印生产,根据医疗器械的具体用途和环境要求进行选择,并根据所选材料的特性和打印设备的要求,调整打印参数,参数包括:层高、打印速度和温度,以确保打印过程的稳定性和打印质量的可控性。
4.根据权利要求1所述的一种基于云服务的3D打印数字孪生系统构建方法,其特征在于:建立云服务平台,用于存储和管理医疗数据和设计文件,医疗数据包括患者的医学影像数据、身体扫描数据以及相关参数,设计文件则包括医疗器械的设计图纸和3D模型文件,建立安全可靠的数据存储系统,确保医疗数据和设计文件的完整性和保密性,并采取相应的数据备份和恢复措施,以应对意外情况和数据丢失风险;
提供协作工具和平台,实现医生、设计师和患者之间的远程协作和访问,协作工具包括即时通讯工具、在线会议工具、共享文档和文件的功能,通过协作工具和平台,医生、设计师和患者实时交流和讨论医疗数据和设计文件,共同参与医疗器械的设计和优化过程,提出意见和建议,以确保医疗器械的设计符合患者的需求和期望。