基于多组分药料配给的医用敷料3D打印控制方法及系统与流程

本发明涉及医用敷料3d打印控制，具体地说，涉及一种基于多组分药料配给的医用敷料3d打印控制方法及系统。

背景技术：

1、失禁性皮炎等皮肤损伤的患处通常存在边界不规则、局部分散或者连片分布的特点，实际护理过程中还可能需要同时使用多种药料，其中粉状等易迁移药料在人工涂布、撒布或者敷料转移过程中容易脱落，造成局部用量不均及药料浪费。

2、随着医用3d打印技术的发展，可以根据目标敷设区域的形状生成相应的敷料打印模型，并利用3d打印设备完成定制化医用敷料的成形。然而，现有3d打印技术虽能根据目标敷设区域的形状制备定制化医用敷料，当同一医用敷料需要承载多种药料时，仅按照预设总用量或者固定组分比例控制不同药料供给通道，难以适应不规则敷料打印过程中的实际供料需求；具体的，在多组分药料敷料打印过程中，如果不同药料仍按照固定比例或固定速率供给，则当打印路径经过转角、窄带及不规则边缘区域时，受打印头速度及实际覆盖范围变化影响，容易产生单位面积药料沉积量偏差。进一步地，对于包含粉状或者其他易迁移药料的医用敷料，在敷料边缘区域，粉状等易迁移药料由于外围承载范围不足，在敷料取出、转移及贴附过程中仍容易发生脱落；基于此，亟需提供一种基于多组分药料配给的医用敷料3d打印控制方法及系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于多组分药料配给的医用敷料3d打印控制方法及系统，以解决上述背景技术中提出的如何在不规则敷料打印过程中实现多组分药料的适量配给，并降低边缘区域易迁移药料的脱落的问题。

2、为实现上述目的，本发明目的在于提供了一种基于多组分药料配给的医用敷料3d打印控制方法，包括以下步骤：

3、s1、获取目标医用敷料对应的目标敷设区域轮廓数据以及多种药料组分对应的药料配给参数，所述多种药料组分中包括至少一种粉状或颗粒状易迁移药料组分；

4、s2、根据所述目标敷设区域轮廓数据生成目标医用敷料对应的打印区域，将所述打印区域划分为多个打印单元，并生成与各打印单元对应的路径段构成的打印路径；

5、s3、根据所述药料配给参数，确定各打印单元中不同药料组分对应的单位面积目标药料量；

6、s4、根据各路径段的有效打印宽度和打印头在对应路径段的运动速度，确定对应路径段的单位时间有效覆盖面积，并根据所述单位时间有效覆盖面积以及对应打印单元中不同药料组分的单位面积目标药料量，确定各药料供给通道对应的目标供料参数；

7、s5、根据各打印单元相对于打印区域边界的边缘承载状态以及对应的易迁移药料配给状态，确定边缘药料逸散风险系数，并根据所述边缘药料逸散风险系数确定边缘修正打印单元及对应的配给修正量；

8、s6、根据所述配给修正量，对所述边缘修正打印单元与其朝向所述打印区域内部的相邻打印单元之间的易迁移药料组分进行重新分配，并更新对应打印单元中易迁移药料组分的单位面积目标药料量；

9、s7、根据更新后的单位面积目标药料量修正对应药料供给通道的目标供料参数，并根据修正后的目标供料参数，协同控制打印头沿所述打印路径运动以及各药料供给通道进行药料输出，以形成与所述目标敷设区域相匹配的多组分药料医用敷料。

10、作为本技术方案的进一步改进，所述s1中，所述目标敷设区域轮廓数据包括目标敷设区域的轮廓边界坐标数据以及尺寸标定数据；

11、所述药料配给参数包括各药料组分对应的组分标识、目标配给总量、目标分布区域以及物料形态标识。

12、作为本技术方案的进一步改进，所述s2中，并生成与各打印单元对应的路径段构成的打印路径，具体涉及以下步骤：

13、基于所述轮廓边界坐标数据和尺寸标定数据，将所述目标敷设区域轮廓映射至打印坐标系，确定所述打印区域边界以及由所述打印区域边界围合形成的打印区域；

14、构建覆盖所述打印区域的预设离散网格，将位于所述打印区域内或者与所述打印区域边界相交的候选网格单元确定为打印单元，并根据各打印单元与所述打印区域的重合范围确定对应的有效打印面积；

15、根据各打印单元之间的空间邻接关系确定打印单元的路径遍历顺序，并按照所述路径遍历顺序生成经过对应打印单元的打印路径；

16、以所述打印路径与各打印单元边界的交汇位置作为路径分段位置，对所述打印路径进行分段，得到多个路径段，并根据各路径段在所述打印区域内的位置确定各路径段对应的打印单元，建立路径段与打印单元之间的对应关系。

17、作为本技术方案的进一步改进，所述s3中，根据所述药料配给参数确定各打印单元中不同药料组分对应的单位面积目标药料量，涉及以下步骤：

18、根据各药料组分对应的组分标识，获取对应的目标配给总量以及目标分布区域；

19、确定各药料组分对应的目标分布区域与所述打印区域之间的重合区域，将所述重合区域确定为对应药料组分的有效分布区域，并确定所述有效分布区域的总有效分布面积；

20、对于总有效分布面积大于零的药料组分，根据对应的目标配给总量以及总有效分布面积，确定对应药料组分的单位面积基准药料量；

21、确定各打印单元与对应药料组分的有效分布区域之间的有效重合面积，并根据所述有效重合面积占对应打印单元有效打印面积的比例，对所述单位面积基准药料量进行分配，确定各打印单元中对应药料组分的单位面积目标药料量。

22、作为本技术方案的进一步改进，所述s4中，确定各药料供给通道对应的目标供料参数，涉及以下步骤：

23、获取各路径段对应的打印成形宽度，并根据对应路径段与相邻打印路径之间的搭接宽度对所述打印成形宽度进行修正，确定对应路径段的有效打印宽度；

24、根据所述有效打印宽度以及打印头在对应路径段的运动速度，确定对应路径段的单位时间有效覆盖面积；

25、根据所述路径段与打印单元之间的对应关系，获取各路径段对应打印单元中不同药料组分的单位面积目标药料量，并根据所述单位面积目标药料量以及对应路径段的单位时间有效覆盖面积，分别确定各药料供给通道对应的目标供料速率；

26、根据各路径段的路径长度以及打印头在对应路径段的运动速度确定打印头通过所述路径段的持续时间，并根据所述持续时间以及对应药料供给通道的目标供料速率，确定路径段目标供料量；

27、其中，所述目标供料参数包括目标供料速率和路径段目标供料量。

28、作为本技术方案的进一步改进，所述s5中，确定边缘药料逸散风险系数,涉及以下步骤：

29、确定各打印单元的中心位置至所述打印区域边界的最短距离，将所述最短距离确定为对应打印单元的边界邻近距离，并根据所述边界邻近距离与预设边缘作用距离之间的相对关系，确定对应打印单元的边界邻近因子；

30、以各打印单元为基准确定对应的预设邻域范围，根据所述预设邻域范围与所述打印区域之间的重合面积以及所述预设邻域范围的总面积，确定对应打印单元的周向承载比例，并根据所述周向承载比例确定对应打印单元的周向承载不足程度；

31、根据各药料组分对应的物料形态标识，从所述多种药料组分中确定粉状或颗粒状易迁移药料组分，并根据各打印单元中所述易迁移药料组分的单位面积目标药料量之和与全部药料组分的单位面积目标药料量之和之间的比例关系，确定对应打印单元的易迁移药料占比；

32、针对所述易迁移药料占比大于零的打印单元，基于所述边界邻近因子、周向承载不足程度以及易迁移药料占比，计算对应打印单元的边缘药料逸散风险系数。

33、作为本技术方案的进一步改进，所述s5中，根据所述边缘药料逸散风险系数确定边缘修正打印单元及对应的配给修正量,涉及以下步骤：

34、将各打印单元对应的边缘药料逸散风险系数与预设逸散风险阈值进行比较，将所述边缘药料逸散风险系数大于所述预设逸散风险阈值的打印单元确定为边缘修正打印单元；

35、确定所述边缘修正打印单元的边缘药料逸散风险系数相对于所述预设逸散风险阈值的风险超出程度，并根据所述风险超出程度确定对应的配给修正比例；

36、针对各边缘修正打印单元中的不同易迁移药料组分，根据所述配给修正比例、对应易迁移药料组分的单位面积目标药料量以及所述边缘修正打印单元的有效打印面积，分别确定各易迁移药料组分对应的配给修正量。

37、作为本技术方案的进一步改进，所述s6中，对易迁移药料组分进行重新分配，并更新对应打印单元中易迁移药料组分的单位面积目标药料量,涉及以下步骤：

38、根据所述打印单元之间的空间邻接关系，获取与所述边缘修正打印单元相邻的打印单元，并从中筛选边界邻近距离大于所述边缘修正打印单元的边界邻近距离、边缘药料逸散风险系数小于所述边缘修正打印单元的边缘药料逸散风险系数，且与对应易迁移药料组分的有效分布区域存在重合的打印单元，确定为内部相邻打印单元；

39、当仅存在一个所述内部相邻打印单元时，将对应易迁移药料组分的配给修正量确定为分配至该内部相邻打印单元的药料量；当存在多个所述内部相邻打印单元时，根据各内部相邻打印单元与对应易迁移药料组分的有效分布区域之间的有效重合面积，确定所述配给修正量在各内部相邻打印单元之间的分配比例；

40、针对各易迁移药料组分，将对应的配给修正量由所述边缘修正打印单元重新分配至对应的内部相邻打印单元，其中，当存在多个所述内部相邻打印单元时，按照所述分配比例确定各内部相邻打印单元对应的接收药料量；

41、根据所述边缘修正打印单元中重新分配出的药料量以及各内部相邻打印单元接收的药料量，结合对应打印单元的有效打印面积，分别更新所述边缘修正打印单元、以及各内部相邻打印单元中对应易迁移药料组分的单位面积目标药料量，使重新分配前后对应易迁移药料组分的目标配给总量保持不变。

42、作为本技术方案的进一步改进，所述s7中，根据更新后的单位面积目标药料量修正对应药料供给通道的目标供料参数，具体涉及以下步骤：

43、根据所述路径段与打印单元之间的对应关系，确定单位面积目标药料量发生更新的打印单元所对应的路径段；

44、针对所述路径段，确定单位面积目标药料量发生更新的药料组分所对应的药料供给通道，获取对应药料组分更新后的单位面积目标药料量，并根据所述更新后的单位面积目标药料量以及对应路径段的单位时间有效覆盖面积，重新确定对应药料供给通道的目标供料速率；

45、根据对应路径段的路径长度以及打印头在对应路径段的运动速度确定对应路径段的持续时间，并根据所述持续时间以及重新确定的目标供料速率，重新确定对应药料供给通道的路径段目标供料量；

46、将重新确定的目标供料速率和路径段目标供料量作为对应路径段修正后的目标供料参数；对于单位面积目标药料量未发生更新的打印单元所对应的路径段，保持步骤s4确定的目标供料参数不变。

47、另一方面，本发明提供了一种基于多组分药料配给的医用敷料3d打印控制系统，包括：

48、数据获取模块，用于获取目标医用敷料对应的目标敷设区域轮廓数据以及多种药料组分对应的药料配给参数，所述多种药料组分中包括至少一种粉状或颗粒状易迁移药料组分；

49、打印规划模块，用于根据所述目标敷设区域轮廓数据确定打印区域，将所述打印区域划分为多个打印单元，生成由与各打印单元对应的路径段构成的打印路径，并建立路径段与打印单元之间的对应关系；

50、配给模块，用于根据所述药料配给参数确定各打印单元中不同药料组分的单位面积目标药料量，根据各路径段的有效打印宽度和打印头在对应路径段的运动速度确定对应路径段的单位时间有效覆盖面积，并根据所述单位面积目标药料量和单位时间有效覆盖面积确定各药料供给通道的目标供料参数；

51、配给修正模块，用于根据各打印单元的边缘承载状态以及易迁移药料配给状态确定边缘药料逸散风险系数，根据所述边缘药料逸散风险系数确定边缘修正打印单元及配给修正量，并根据所述配给修正量在所述边缘修正打印单元与其朝向所述打印区域内部的相邻打印单元之间重新分配易迁移药料组分，以更新对应打印单元中易迁移药料组分的单位面积目标药料量；

52、打印控制模块，用于根据更新后的单位面积目标药料量修正对应药料供给通道的目标供料参数，并根据修正后的目标供料参数协同控制打印头沿所述打印路径运动以及各药料供给通道进行药料输出。

53、与现有技术相比，本发明的有益效果：

54、1、该基于多组分药料配给的医用敷料3d打印控制方法及系统中，通过根据目标敷设区域轮廓数据生成打印区域并划分打印单元，结合各药料组分的目标配给总量和目标分布区域确定单位面积目标药料量，并根据路径段的有效打印宽度及打印头运动速度确定单位时间有效覆盖面积，进而确定各药料供给通道的目标供料参数，使药料输出能够适应不同路径段的实际覆盖能力及局部配给需求，减小转角、窄带及不规则边缘区域的单位面积药料沉积量偏差，解决固定比例或固定速率供料难以实现多组分药料适量配给的问题。

55、2、该基于多组分药料配给的医用敷料3d打印控制方法及系统中，通过根据打印单元的边缘承载状态和易迁移药料配给状态确定边缘药料逸散风险系数，并据此确定边缘修正打印单元及配给修正量，将易迁移药料组分重新分配至朝向打印区域内部且逸散风险较低的相邻打印单元，并更新单位面积目标药料量及对应目标供料参数，使易迁移药料由边缘高风险位置向内部低风险位置进行空间调整，降低粉状或颗粒状药料在敷料取出、转移及贴附过程中发生脱落或位置迁移的可能，解决不规则敷料边缘区域易迁移药料容易脱落的问题。