基于嵌入式的頜面手術3D打印LCD圖像控制器設計與應用

宋鐵石，關富龍，孔明茹，王 磊

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

本文研究FDM 技術的原理以及圖像傳輸與顯示的原理開發了應用于頜面手術的3D 打印LCD 圖像控制器。介紹了圖像顯示過程中最重要的LCD 設備的相關知識，完成了LCD 的驅動程序設計，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用。

1 3D 打印LCD 圖像控制設計

基于FDM 的3D 打印機傳輸圖像數據信息，需要通過Linux 系統下開發板內部的LCD 控制器來實現，本研究主要使用LCD12864 控制器完成LCD 控制器的相關參數設置和寄存器的設置，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LCD 控制器設計

1.1.1 FDM 3D 打印圖像傳輸系統LCD 控制器

控制器是用來控制顯示模式，圖像數據的組織格式，控制時序，控制信號的極性，控制調色板的使用等［5］。

本系統所使用的Atmega 2560-16AU（AVR 核心處理器8 位16MHz，256KB Flash）有自己的LCD 設備驅動，定義XXfb_info 來標識一個LCD 設備，具體結構體如下：

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數據送給LCD驅動器，LCD驅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 打印圖像傳輸系統寄存器設置

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

2 系統測試

本文采用黑龍江拓盟科技有限公司的TMKJ -ET系列FDM 3D 打印機進行圖像LCD 控制器的實現本文研究。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前打印參數。同時，臨床工作人員能夠對打印參數作出實時調整，使打印效果更精準。

圖2 LCD功能界面圖

將頜面腫物手術患者術前CT 掃描數據轉化為STL 文件，將STL 文件導入三維建模軟件中生成三維頜面結構，對術前頜面腫物手術患者頜面骼進行復位后圖像還原對比，得到修復后的頜面三維圖，使用3D 打印機對術前頜面三維模型打印，并對打印的模型進行頜面腫物精準切除。

圖3 LCD操作界面圖

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

3 結束語

通過頜面腫物手術證明，在治療時，口腔科醫生能夠利用3D 技術打印出患者的頜面實物模型，根據頜面模型對患者進行精準定位切除手術，最大程度保證患者面部美感。以往的3D 打印LCD 圖像控制器集成復雜，界面交互感差且效率低。為此，本文開發了一種應用于頜面手術的嵌入式FDM 型3D打印LCD 圖像控制器，主要研究了FDM 技術的原理以及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 設備的相關知識，完成了LCD的驅動程序設計，通過臨床手術可知，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患者的三維頜面圖像信息，保證了醫生能夠進行精準的頜面腫物手術，可以使基于嵌入式的FDM 型3D 打印圖像控制器更好的應用。