基于嵌入式的頜面手術(shù)3D打印LCD圖像控制器設(shè)計與應(yīng)用

宋鐵石，關(guān)富龍，孔明茹，王 磊

頜面腫物為口腔臨床常見疾病，多見于男性，嚴(yán)重影響患者的語言功能與咀嚼功能，使患者產(chǎn)生亞健康自卑心理，今年來，頜面腫物發(fā)病率呈增長趨勢［1］。如何安全，美觀同時減少手術(shù)復(fù)雜性簡化時間對頜面腫物手術(shù)極其關(guān)鍵［2］。由于頜面構(gòu)造復(fù)雜且每個患者的頜面構(gòu)造尺寸均不相同，因此平面顯示的二維圖像不能完全給人直觀、立體的感覺，影響醫(yī)患雙方溝通，手術(shù)方案難以溝通［3］。為使手術(shù)更精準(zhǔn)、可靠性高，本研究將3D 打印頜面圖像LCD 控制技術(shù)用于打印機，在治療時，能夠利用3D技術(shù)打印出患者的頜面實物模型，根據(jù)頜面模型進(jìn)行切除手術(shù)。

本文研究FDM 技術(shù)的原理以及圖像傳輸與顯示的原理開發(fā)了應(yīng)用于頜面手術(shù)的3D 打印LCD 圖像控制器。介紹了圖像顯示過程中最重要的LCD 設(shè)備的相關(guān)知識，完成了LCD 的驅(qū)動程序設(shè)計，可以使基于嵌入式的FDM 型3D 打印機的LCD 圖像控制器更好的應(yīng)用。

1 3D 打印LCD 圖像控制設(shè)計

基于FDM 的3D 打印機傳輸圖像數(shù)據(jù)信息，需要通過Linux 系統(tǒng)下開發(fā)板內(nèi)部的LCD 控制器來實現(xiàn)，本研究主要使用LCD12864 控制器完成LCD 控制器的相關(guān)參數(shù)設(shè)置和寄存器的設(shè)置，完成LCD 控制器中圖像的傳輸與顯示。工作原理如圖1。

1.1 FDM 3D 打印圖像傳輸系統(tǒng)LCD 控制器設(shè)計

1.1.1 FDM 3D 打印圖像傳輸系統(tǒng)LCD 控制器

控制器是用來控制顯示模式，圖像數(shù)據(jù)的組織格式，控制時序，控制信號的極性，控制調(diào)色板的使用等［5］。

本系統(tǒng)所使用的Atmega 2560-16AU（AVR 核心處理器8 位16MHz，256KB Flash）有自己的LCD 設(shè)備驅(qū)動，定義XXfb_info 來標(biāo)識一個LCD 設(shè)備，具體結(jié)構(gòu)體如下：

圖1 LCD控制器工作原理圖

1.1.2 FDM 3D 打印圖像傳輸系統(tǒng)LCD 控制時序

一般LCD 的顯示刷新頻率是60Hz，也就是每秒鐘顯示60 幀畫面。而我們視頻播放幀率是23～30 fps，是用LCD 控制器一般是每秒鐘送20～30 幀的RGB 信息給LCD 讓其顯示，是通過LCD 控制器把RGB數(shù)據(jù)送給LCD驅(qū)動器，LCD驅(qū)動器就把它放到緩存中，然后以60fps 的速度送給顯示屏顯示。LCD 控制器時序控制著視頻幀率；LCD 驅(qū)動器時序控制著顯示器刷新率。

1.1.3 FDM 3D 打印圖像傳輸系統(tǒng)寄存器設(shè)置

驅(qū)動程序中最重要的是修改init_registers（）函數(shù)來實現(xiàn)寄存器的設(shè)置［5］。上述時序圖中各信號的時間參考都可以在寄存器中進(jìn)行設(shè)置，將幀同步、色調(diào)-飽和度、時鐘等信號的時間參數(shù)設(shè)置好之后，并將幀內(nèi)存地址告訴LCD 控制器，它既可自動地發(fā)起存儲器直接訪問傳輸從幀內(nèi)存中得到圖像數(shù)據(jù)，控制信號出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上。

2 系統(tǒng)測試

本文采用黑龍江拓盟科技有限公司的TMKJ -ET系列FDM 3D 打印機進(jìn)行圖像LCD 控制器的實現(xiàn)本文研究。如圖2 所示為3D 打印機的LCD 功能界面，圖3 所示為LCD 屏幕的界面，打印機在打印期間會在界面上實時顯示當(dāng)前打印參數(shù)。同時，臨床工作人員能夠?qū)Υ蛴?shù)作出實時調(diào)整，使打印效果更精準(zhǔn)。

圖2 LCD功能界面圖

將頜面腫物手術(shù)患者術(shù)前CT 掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為STL 文件，將STL 文件導(dǎo)入三維建模軟件中生成三維頜面結(jié)構(gòu)，對術(shù)前頜面腫物手術(shù)患者頜面骼進(jìn)行復(fù)位后圖像還原對比，得到修復(fù)后的頜面三維圖，使用3D 打印機對術(shù)前頜面三維模型打印，并對打印的模型進(jìn)行頜面腫物精準(zhǔn)切除。

圖3 LCD操作界面圖

通過手術(shù)證明，F(xiàn)DM 3D 打印LCD 圖像控制器運行速度快，界面交互性高，性能穩(wěn)定，可以精確打印頜面腫物手術(shù)患者的三維頜面模型，保證了頜面腫物手術(shù)安全性和可靠性，使基于嵌入式的FDM型3D 打印LCD 圖像控制器更好的服務(wù)于廣大頜面科疾病患者。

3 結(jié)束語

通過頜面腫物手術(shù)證明，在治療時，口腔科醫(yī)生能夠利用3D 技術(shù)打印出患者的頜面實物模型，根據(jù)頜面模型對患者進(jìn)行精準(zhǔn)定位切除手術(shù)，最大程度保證患者面部美感。以往的3D 打印LCD 圖像控制器集成復(fù)雜，界面交互感差且效率低。為此，本文開發(fā)了一種應(yīng)用于頜面手術(shù)的嵌入式FDM 型3D打印LCD 圖像控制器，主要研究了FDM 技術(shù)的原理以及LCD 圖像傳輸與顯示的原理。介紹了圖像顯示過程中最重要的LCD 設(shè)備的相關(guān)知識，完成了LCD的驅(qū)動程序設(shè)計，通過臨床手術(shù)可知，LCD 圖像控制器運行操作便捷高效安全性能好，可以精確控制頜面手術(shù)患者的三維頜面圖像信息，保證了醫(yī)生能夠進(jìn)行精準(zhǔn)的頜面腫物手術(shù)，可以使基于嵌入式的FDM 型3D 打印圖像控制器更好的應(yīng)用。