浙大專家為醫(yī)護人員“量臉定制”護目鏡 3D打印完美貼合

來源：浙報融媒體

據(jù)了解，浙江大學科學家日前用3D打印技術(shù)制造出“量臉定制”的護目鏡，完全貼合使用者眼眶，解決了護目鏡長時間佩戴的功能性與舒適性問題，受到試用醫(yī)護人員的好評。

在戰(zhàn)疫一線，傳統(tǒng)護目鏡給醫(yī)護人員帶來了不少麻煩：尺寸單一，依靠強力勒緊系帶進行臉部形狀適配，防護貼合不到位；長時間勒緊皮膚造成臉部嚴重“壓瘡”，存在破口感染風險；近視人員需要戴兩副眼鏡，使用不便并且會產(chǎn)生霧氣影響視野等。

浙江大學計算機輔助設(shè)計與圖形學（CAD&CG）國家重點實驗室周昆教授團隊，近日公布了一項最新的研究成果，通過三維測量佩戴者的臉部形狀來為每個用戶生成完全貼合的護目鏡，并通過3D打印技術(shù)完成生產(chǎn)。

這是一項護目鏡的自動化設(shè)計技術(shù)，以三維掃描獲得用戶臉部形狀數(shù)據(jù)，自動化程序完成三維設(shè)計，包括尺寸、傾角、鏡眼距、樁頭張角等數(shù)十項參數(shù)的最優(yōu)化計算，生成完美貼合人體眼眶的幾何形狀，最后以3D打印技術(shù)完成生產(chǎn)。


據(jù)了解，這項技術(shù)主要的挑戰(zhàn)在于要快速自動生成兼顧眾多的設(shè)計目標的護目鏡設(shè)計，在確保面部貼合的同時，保證片槽、樁頭、通氣孔等護目鏡關(guān)鍵功能部件的形狀滿足功能要求，還要滿足3D打印生產(chǎn)對于壁厚變化的限制，最后甚至需要考慮生成護目鏡形狀線條的光順和美觀，每個問題單獨考慮并不復(fù)雜，但耦合在一起就變成了一個十分棘手的優(yōu)化問題。

周昆教授團隊憑借在三維建模和幾何計算方向上的深厚積累，短時間內(nèi)確定了梯度域級聯(lián)優(yōu)化的整體思路，并解決了接觸面控制、槽孔位保持、自動對稱性調(diào)整等難點問題，利用了GPU的大規(guī)模并行計算能力來加速優(yōu)化求解過程，實現(xiàn)了獲得用戶臉部模型后30秒內(nèi)完成護目鏡的自動化設(shè)計，做到了“立等可見”。

設(shè)計不能脫離生產(chǎn)存在。世界上沒有兩個人的臉是一模一樣的，這意味著根據(jù)用戶臉型生成的每一副護目鏡都具有獨一無二的形狀。傳統(tǒng)開模生產(chǎn)方式無法生產(chǎn)這樣的定制化產(chǎn)品，而3D打印技術(shù)可以很好地解決這一問題。3D打印技術(shù)的發(fā)展和快速普及，使得可以在很短時間內(nèi)以較低的成本完成護目鏡的定制化生產(chǎn)，甚至在表面彩印上個性化圖案。創(chuàng)新的生產(chǎn)方式加上已經(jīng)逐漸普及到個人手機和平板設(shè)備上的三維掃描功能，讓這一技術(shù)能夠順理成章地走出實驗室，直接服務(wù)廣大醫(yī)護和疫情防控人員。

目前這項研究成果已經(jīng)申請了國家發(fā)明專利，并在杭州兩個醫(yī)院院區(qū)完成了臨床應(yīng)用測試。醫(yī)護人員普遍評價：“這種護目鏡戴上去舒適多了。整個鏡圈貼合在眼眶上，臉上的壓迫感分布比較均勻，即使整天佩戴著，在臉上留下的痕跡也不明顯，取下后很快就消失了。鏡片直接安裝在護目鏡上，再不用里一層外一層套著戴眼鏡和護目鏡了，起霧問題也大大改善�！�

“實際上，作為定制化的頭戴設(shè)備自動設(shè)計，這一技術(shù)的應(yīng)用場景并不限于疫情期間的個人防護�！敝芾フf，“未來不管是針對運動眼鏡，還是虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實的頭戴設(shè)備，這都是一項極具前景的技術(shù)�！�