一種可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外結(jié)構(gòu)的實(shí)體化心臟3d模型制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及可實(shí)現(xiàn)心臟內(nèi)外結(jié)構(gòu)的實(shí)體化心臟3D模型制作方法，能克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，1、對(duì)病人進(jìn)行心臟部位掃描，獲得醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，形成DICOM文件；2、用Mimics軟件識(shí)別步驟1中的DICOM文件并保存，形成計(jì)算機(jī)識(shí)別的.mcs文件；3、在軟件內(nèi)提取不同的數(shù)據(jù)模板；4、對(duì)步驟3中的存在空腔結(jié)構(gòu)或圖像不全或邊界不清楚的模板進(jìn)行處理，使模板清晰完整；5、通過(guò)各模板之間添加、刪除、分離或合并形成需要的模板；6、對(duì)步驟5中形成的3D圖像進(jìn)行處理，使3D圖像外部光滑和內(nèi)部圖像模板的完整性，形成STL文件；7、將步驟6中處理好的數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D激光打印機(jī)中，打印出心臟模型，本發(fā)明能獲得結(jié)構(gòu)清晰完整的心臟模型，能大大提高心臟手術(shù)的成功率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外結(jié)構(gòu)的實(shí)體化心臟30模型制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及心臟模型成型技術(shù)，特別是一種可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外結(jié)構(gòu)的實(shí)體化心臟30模型制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]由于口和謝I工作平臺(tái)的加密保護(hù)設(shè)計(jì)，使心臟臨床醫(yī)師閱讀的心臟掃描診斷數(shù)據(jù)不論是增強(qiáng)和都是二維數(shù)據(jù)圖像和平面截圖，缺乏心臟內(nèi)部結(jié)構(gòu)立體感及缺少手術(shù)操作部位測(cè)量的數(shù)據(jù)；一般的心臟圖像研究只是在心臟表面結(jié)構(gòu)上進(jìn)行重建，并不包括心肌內(nèi)膜和心臟瓣膜，肌柱及腱索及覆蓋的脂肪組織，先天復(fù)雜性心臟病變是小兒心臟發(fā)育階段心肌細(xì)胞在組織分裂過(guò)程中出現(xiàn)變異，發(fā)育過(guò)程后產(chǎn)生嚴(yán)重的心臟結(jié)構(gòu)改變及血液動(dòng)力學(xué)改變，影響患兒生存狀況及疾病治愈幾率；復(fù)雜心臟手術(shù)需要對(duì)心臟結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新構(gòu)建，包括流出道、瓣膜、腱索、室間隔或房間隔等，達(dá)到同齡正常心臟發(fā)育的生理解剖，現(xiàn)階段復(fù)雜心臟病手術(shù)治愈率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他心臟手術(shù)，與其復(fù)雜結(jié)構(gòu)的客觀再現(xiàn)能力技術(shù)及術(shù)前明確的方案設(shè)計(jì)有關(guān)；所以需要更準(zhǔn)確的三維圖像和鄰近組織結(jié)構(gòu)距離數(shù)值測(cè)量，直接觀察個(gè)體化心臟病變進(jìn)行手術(shù)預(yù)方案的研究對(duì)縮短手術(shù)時(shí)間和提高治愈率有重大的需求；實(shí)體化心臟30模型是手術(shù)醫(yī)師希望得到的指導(dǎo)操作模型。
[0003]現(xiàn)有的技術(shù)問(wèn)題是計(jì)算機(jī)模擬醫(yī)學(xué)三維成像技術(shù)認(rèn)知度淺，絕大部分醫(yī)生并沒(méi)有接觸此類(lèi)技術(shù)，現(xiàn)階段主要在成像結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、關(guān)系不復(fù)雜的骨科領(lǐng)域探索性臨床應(yīng)用指導(dǎo)；心臟組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜、關(guān)系緊密，一般都是作為整體圖像提取研究，并沒(méi)有顯示心臟內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)和位置關(guān)系，而且現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺點(diǎn)；
1、增強(qiáng)掃描心臟數(shù)據(jù)提取不準(zhǔn)確往往造成圖像處理不全(由于掃描斷層層厚及心臟跳動(dòng)有關(guān))；
2、心臟組織關(guān)系復(fù)雜，個(gè)體化差異明顯，各部位各組織相互之間錯(cuò)綜復(fù)雜，計(jì)算機(jī)不易識(shí)別各部位改變情況，導(dǎo)致心臟圖像不易大范圍計(jì)算機(jī)分割，絕大部分步驟需要實(shí)驗(yàn)及臨床人員進(jìn)行人工干預(yù)；
3、心臟內(nèi)部提取復(fù)雜，造影劑心臟分布不均導(dǎo)致內(nèi)部成像更加復(fù)雜；
4、心房壁比較薄，平均廣容易形成圖像斷層；
5、31(1)1數(shù)據(jù)成像模板邊界失真，導(dǎo)致形成不易觀察各部位分界線；
6、計(jì)算機(jī)復(fù)雜操作30模型成像處理；
7、30打印材料選擇，現(xiàn)階段打印材料一般是工程領(lǐng)域常用的材料，心臟三維重建主要是看內(nèi)部結(jié)構(gòu)，更透明、更柔軟的、適合人體工程柔韌度的材料選擇是現(xiàn)階段材料需要解決的技術(shù)缺點(diǎn)。
[0004]因此，個(gè)體化、實(shí)體化的心臟30模型制作方法及30模型打印是亟需解決的醫(yī)學(xué)方面問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之問(wèn)題，探索新的測(cè)量方法及模型制作方法，推廣醫(yī)學(xué)三維重建技術(shù)及心臟三維重建和30模型打印，本發(fā)明提出一種可實(shí)現(xiàn)心臟內(nèi)外結(jié)構(gòu)的實(shí)體化心臟30模型制作方法，完成心臟內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰完整的顯示。
[0006]其方法為:
步驟1、增強(qiáng)(^、11？1掃描:對(duì)病人心臟進(jìn)行完整的造影劑填充，01掃描層厚為0.9皿、切片數(shù)量為150到200層的條件下經(jīng)增強(qiáng)對(duì)病人進(jìn)行心臟部位掃描，獲得醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，使用工作平臺(tái)將圖像層厚再分割到0.45皿層厚，形成0X01文件；
步驟2、提取數(shù)據(jù):將步驟1中掃描所得的數(shù)據(jù)0X01格式文件導(dǎo)出，用組!軟件識(shí)別并保存，形成計(jì)算機(jī)識(shí)別的.18新文件；
步驟3、形成模板:在組1111(38軟件內(nèi)對(duì)01(:01數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)及謝I的成像原理，在組1111(38軟件的不同組織范圍內(nèi)提取不同的數(shù)據(jù)模板；
步驟4、模板修復(fù):步驟3中所提取的模板中會(huì)存在空腔結(jié)構(gòu)或圖像不全或邊界不清楚的問(wèn)題，經(jīng)組111108軟件對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行處理，使模板清晰完整；
步驟5、編輯模板生成“病變”模板:在111111(38軟件內(nèi)，計(jì)算機(jī)輔助手工編輯模板操作，完成心血管系統(tǒng)粗略與精細(xì)分割，形成包括內(nèi)部心腔造影劑模板、各部位心肌模板及覆蓋脂肪模板；通過(guò)各模板之間相互添加、刪除、分離或合并步驟形成需要的模板；
步驟6、優(yōu)化圖像:經(jīng)圖形處理軟件對(duì)步驟5中形成的30圖像進(jìn)行處理，使30圖像外部光滑和保證內(nèi)部圖像模板的完整性，并形成通用的打印識(shí)別311文件；
步驟7、30打印模型:將步驟6中處理好的數(shù)據(jù)導(dǎo)入30激光打印機(jī)中，選擇合適材料打印出心臟模型。
[0007]本發(fā)明能獲得結(jié)構(gòu)清晰完整的心臟I旲型，能大大提聞心臟手術(shù)的成功率。

【具體實(shí)施方式】
[0008]以下對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0009]本發(fā)明的步驟是:
步驟1、增強(qiáng)(^、11？1掃描:對(duì)病人心臟進(jìn)行完整的造影劑填充，01掃描層厚為0.9皿、切片數(shù)量為150到200層的條件下經(jīng)增強(qiáng)對(duì)病人進(jìn)行心臟部位掃描，獲得醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，使用工作平臺(tái)將圖像層厚再分割到0.45皿層厚，形成0X01文件；(需要最小的層厚現(xiàn)在常規(guī)0.9111111需要工作平臺(tái)劈成0.45111111)
步驟2、提取數(shù)據(jù):將步驟1中掃描所得的數(shù)據(jù)0X01格式文件導(dǎo)出，用組!111(38軟件識(shí)別并保存，形成計(jì)算機(jī)識(shí)別的.11108新文件；
步驟3、形成模板:在組1111(38軟件內(nèi)對(duì)01(:01數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)及謝I的成像原理，在組1111(38軟件的不同組織范圍內(nèi)提取不同的數(shù)據(jù)模板；
步驟4、模板修復(fù):步驟3中所提取的模板中會(huì)存在空腔結(jié)構(gòu)或圖像不全和邊界不清楚的問(wèn)題，經(jīng)組1111(38軟件對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行處理，使模板清晰完整；
步驟5、編輯模板生成“病變”模板:計(jì)算機(jī)輔助手工編輯模板操作，完成心血管系統(tǒng)粗略與精細(xì)分割，形成包括內(nèi)部心腔造影劑模板、各部位心肌模板及覆蓋脂肪模板；通過(guò)各模板之間相互添加、刪除、分離或合并步驟形成需要的模板；所說(shuō)的“病變”模板是指包括發(fā)育不良及缺陷的解剖結(jié)構(gòu)的模板。
[0010]步驟6、優(yōu)化圖像:經(jīng)圖形處理軟件對(duì)步驟5中形成的30圖像進(jìn)行處理，使30圖像外部光滑和保證內(nèi)部圖像模板的完整性，并形成通用的打印識(shí)別31文件；
步驟7、30打印模型:將步驟6中處理好的數(shù)據(jù)導(dǎo)入30激光打印機(jī)中，打印出心臟模型。
[0011]以下對(duì)各個(gè)步驟作進(jìn)一步的解釋:
增強(qiáng)和謝I圖像掃描處理
本步驟需要完整而高清的心臟掃面數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確的掃描圖像對(duì)數(shù)據(jù)圖像處理是很重要的步驟，增強(qiáng)和需要圖像保持清晰，減少患者生理活動(dòng)主要是肺部呼吸運(yùn)動(dòng)及心臟跳動(dòng)產(chǎn)生的陰影，減少設(shè)備噪聲和斑點(diǎn)等干擾因素，心臟掃描層厚為0.切片數(shù)量為150到200層，增強(qiáng)和181對(duì)觀察部位進(jìn)行完整的造影劑填充，以顯示最清楚的病變部位和解剖關(guān)系；所需要的造影劑和注射速度必須符合《臨床技術(shù)操作規(guī)范》和《影像技術(shù)分冊(cè)》的要求，根據(jù)患者年齡及需要觀察病變不同造影劑需求、注射速度、掃描設(shè)置也不相同；造影劑首次經(jīng)過(guò)病變的部位心臟結(jié)構(gòu)對(duì)比顯示最清，需要在這個(gè)節(jié)點(diǎn)上確定完成掃描；如果完成一個(gè)循環(huán)往往導(dǎo)致結(jié)構(gòu)對(duì)比性比較差；將獲得的醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，使用工作平臺(tái)將圖像層厚再分割到0.45臟層厚，形成01(1)1文件；需要最小的層厚:現(xiàn)在常規(guī)層厚0.9臟需要工作平臺(tái)劈成0.45111111層厚。
[0012]提取數(shù)據(jù):
提取數(shù)據(jù)主要是將口和的原始醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)通過(guò)01(1)1文件格式導(dǎo)入組軟件，保存可被組-⑶軟件識(shí)別的此3文件，將醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成普通計(jì)算機(jī)識(shí)別的文件，“提取數(shù)據(jù)”提取的是病變醫(yī)學(xué)部位的圖片層數(shù)范圍；提取數(shù)據(jù)要包括觀察部位的全部'信息，心臟一般在主動(dòng)脈弓層和心尖層之間提取，可以按照觀察病變部位提取相應(yīng)的層數(shù)減少工作量及圖像復(fù)雜度。
[0013]形成模板
01和謝I掃描過(guò)程是將整個(gè)胸廓進(jìn)行斷層掃描，形成完整的胸部醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)，但是本方法只需要心臟的醫(yī)學(xué)圖像，所以只需要心臟數(shù)據(jù)“心臟”作為選擇的部位，其它的部位成像是嚴(yán)重的干擾因素，需要將它們從模板圖像中刪除。
[0014]11111108或與111111(38相似功能的醫(yī)學(xué)處理軟件根據(jù)(71及101的成像原理，根據(jù)不同組織視窗范圍提取，提取數(shù)據(jù)可以包括心腔內(nèi)造影劑、各腔心肌、覆蓋脂肪等，得到不同的視窗模板的心臟模板。
[0015]模板修復(fù)
“形成模板”步驟中形成的各個(gè)模板心臟內(nèi)部會(huì)形成空腔，形成的是造影劑模板提取形成內(nèi)部空腔結(jié)構(gòu)，結(jié)合醫(yī)學(xué)知識(shí)剔除干擾影像，或者是造影劑在血運(yùn)中在心臟顯示不清導(dǎo)致圖像不全。
[0016]產(chǎn)生的原因；心臟內(nèi)部圖像一般是循環(huán)中使用心臟造影劑提高心臟腔室密度，隨著血液循環(huán)在心臟內(nèi)聚集形成高密度區(qū)域，循環(huán)往往導(dǎo)致造影劑填充不均，而且心腔內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜有肌束，瓣膜和流出道等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，由于造影劑模板形成不全，往往形成模板空洞效應(yīng)，復(fù)雜部位顯示不全。
[0017]修復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)是:根據(jù)醫(yī)學(xué)知識(shí)根據(jù)解剖學(xué)進(jìn)行修補(bǔ)圖像模板，模板之間沒(méi)有空洞和其他模板和醫(yī)學(xué)圖像的干擾因素；需要進(jìn)行逐層分離內(nèi)部心臟造影劑保留正常組織結(jié)構(gòu)，需要打印的部位被模板識(shí)別，具體為:
1、模板在選擇的區(qū)域保持模板圖像完整、統(tǒng)一；
2、不同部位形成不同模板避免干擾；
3、病變部位完美呈現(xiàn)，減少干擾，保留正常組織結(jié)構(gòu)；
解決需要根據(jù)專(zhuān)業(yè)知識(shí)修補(bǔ)和成像不完整達(dá)到要求。
[0018]優(yōu)化圖像
利用91101:081101)軟件或軟件或其他同類(lèi)軟件在上個(gè)步驟中處理過(guò)的數(shù)據(jù)內(nèi)，將體循環(huán)系統(tǒng)和肺循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行分別不同的標(biāo)示出來(lái)，由于計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)圖像主要是由無(wú)數(shù)個(gè)三角形組成，對(duì)其模板進(jìn)行光滑處理，處理的標(biāo)準(zhǔn)是:
第一、通過(guò)增加模板和減少模板使模板更光滑；
第二、通過(guò)增加和減少三角形數(shù)目和形狀處理三維模板圖像的不全和缺陷。
[0019]30 打印
使用常規(guī)的激光30打印進(jìn)，心臟打印需要完整而準(zhǔn)確的模型，心臟30模型透光性越高越好，更容易的方便觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)，材料須有有一定的柔軟度，最好能達(dá)到人類(lèi)血管和心房壁的程度，心室壁的柔軟度和脆性，這樣在模型進(jìn)行手術(shù)縫合和切割手感能直觀，現(xiàn)在采用光敏樹(shù)脂材料、醫(yī)用硅橡膠或高分子生物材料。
[0020]本發(fā)明的具體操作是:
準(zhǔn)備階段:1、練病人呼吸和屏氣要領(lǐng)，減少呼吸運(yùn)動(dòng)胸廓陰影形成干擾心臟成像；2、碘對(duì)比劑準(zhǔn)備在檢查前處禁食。
[0021]一、增強(qiáng)'、謝I掃描醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)階段
增強(qiáng)掃描:對(duì)病人心臟進(jìn)行造影劑填充，掃描層厚為0.9皿、切片數(shù)量為150到200層的條件下經(jīng)增強(qiáng)(^、11？1對(duì)病人進(jìn)行心臟部位掃描，獲得醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，使用工作平臺(tái)將圖像層厚再分割到0.45臟層厚，形成01(1)1文件；需要最小的層厚現(xiàn)在常規(guī)0.9臟需要工作平臺(tái)劈成0.45111111。
[0022]二、心臟模板提取、成像及30打印階段
1、導(dǎo)入心血管系統(tǒng)數(shù)據(jù)和工作平臺(tái)掃描心血管系統(tǒng)，01(1)1格式數(shù)據(jù)依次導(dǎo)入111111(38軟件中，確定視角方向，病變部位在111111(38軟件中的01'職=126 1111叫68命令下選擇病變所在層數(shù)范圍確定需要的影像部位并保存。
[0023]2、01數(shù)值顯示256灰度數(shù)值:不能形成多部位多層次準(zhǔn)確觀察，通過(guò)組01(38軟件中的？8611(10 00101*8命令顯示彩色的圖譜，放大觀察心臟各部位視窗變化情況，觀察各組織視窗及組織、病變范圍及邊界情況；使用組舊⑶或與組1111(38相似功能的醫(yī)學(xué)處理軟件根據(jù)及的成像原理，根據(jù)不同組織模板成像范圍使用？抓丨丨16 11116/形成模板范圍或1688111-6 0611811:7 11181(16 ￡111^86/區(qū)域模板范圍或調(diào)節(jié)模板范圍送視覺(jué)觀察邊界覆蓋情況，提取數(shù)據(jù)可以包括心腔內(nèi)造影劑、各腔心肌、覆蓋脂肪等，得到不同的視窗模板的心臟模板。
[0024]3、分割出心血管系統(tǒng)區(qū)域:111111(38軟件中的的？1~0丨|16 11116命令畫(huà)線確定選擇提取部位的模板視窗范圍或組0:1x8軟件中的16518111*6 0611811:7 11181(16命令通過(guò)方框組織平均數(shù)尋則視窗范圍；經(jīng)111111(38軟件中的再利用區(qū)域生長(zhǎng)(1681011取'0*1118 )及動(dòng)態(tài)區(qū)域生長(zhǎng)(辦的舊。取'算法對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行粗分割。
[0025]4、刪除圖像干擾因素:利用編輯(￡(110功能進(jìn)行精細(xì)分割，至清晰顯示心血管系統(tǒng)各個(gè)部分，具體為:
1刪除外部干擾因素:心臟造影劑密度同骨密度有交叉的視窗范圍，心肌、脂肪組織在同層面都有相似區(qū)域的組織結(jié)構(gòu)相互交叉，主要去掉胸骨柄、胸廓、降主動(dòng)脈和脊柱，由于視窗范圍相互交錯(cuò)導(dǎo)致模板圖像包含不需要的結(jié)構(gòu)；1.距離遠(yuǎn)的使用組-⑶軟件中的01-0？此士命令通過(guò)劃定范圍將不需要的模板部分刪除；2.經(jīng)0^1x111211:6 ￠017111168命令生成的三維進(jìn)行手工劃出不需要的范圍，刪除不要的部分；3丨計(jì)算機(jī)不能識(shí)別模板交叉距離近的部位應(yīng)在放大鏡『16倍的作用下人工修復(fù)模板。
[0026]I修補(bǔ)內(nèi)部結(jié)構(gòu)干擾因素:心臟造影劑心臟聚集分布不均，心腔內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有肌柱、肌束、乳頭肌、瓣膜和流出道等復(fù)雜結(jié)構(gòu)影響及干擾造影劑填充心腔；由于造影劑不均勻，模板形成不完整導(dǎo)致上述結(jié)構(gòu)邊界顯示不清，使用編輯(￡(110功能進(jìn)行精細(xì)分割，手工操作和計(jì)算機(jī)命令相互配合逐層完成模板提取、修復(fù)；分離心腔中心臟造影劑保留正常組織結(jié)構(gòu)，從而消除造影劑對(duì)心臟內(nèi)部成像的干擾及完成內(nèi)部病變結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確提取；運(yùn)行“波爾”運(yùn)算公式對(duì)模板進(jìn)行“加”、“減”或“合并”相關(guān)操作獲得需要的模板。
[0027]5、“波爾”運(yùn)算公式模板相互融合和刪除:將涉及的心臟模板“減去”造影劑模板形成需要心腔的心臟模板。
[0028]6、將不同部位的模板合并成同一塊模板并用8000訪命令進(jìn)行光滑處理和劃分網(wǎng)格處理“匕仍!!雕刻軟件也可以完成內(nèi)部及表面光滑處理圖像。
[0029]7? 081011181:6 30形成計(jì)算機(jī)三維模型數(shù)據(jù)3！^十。
[0030]8? 6601118810中，用目測(cè)觀察法手動(dòng)刪除明顯的噪音點(diǎn)，然后再利用減少噪音工具，選擇自由曲面形狀，將平滑度水平置于中間水平，迭代次數(shù)是3，偏差限制為9.4647 (可以根據(jù)圖像清晰程度自由設(shè)置)陰011郵化識(shí)別文件，可以觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)和進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量。
[0031]9、圖像再優(yōu)化:利用圖像處理軟件？1101:081101)和三維軟件3(18 1狀，將重建好的心臟表面模型和心臟肌肉表面血管導(dǎo)入到3如此X中進(jìn)行后期處理，包括模型整理，紋理映射，建立血管模型，烘焙和輸出光線貼圖。
[0032]10、心臟病變部位透視利于觀察:用111--軟件或660111叫10軟件測(cè)量心臟內(nèi)部。
[0033]11、30模型:如果需要只打印病變部位,可用計(jì)算機(jī)圖像分割軟件,如1111111108軟件、111--軟件、2)31*11811雕刻軟件或660111叫10軟件對(duì)形成的30數(shù)據(jù)進(jìn)行分割處理,分割出需要的病變部位。
[0034]12,30打印模型機(jī)打印醫(yī)學(xué)31文件:心臟模型不僅需要內(nèi)膜，還有外膜包括兩層膜之間的肌肉，30打印只識(shí)別簡(jiǎn)單的內(nèi)外兩層膜，中間組織不識(shí)別，這是30打印“鏤空”效應(yīng)，進(jìn)行翻轉(zhuǎn)逆向操作或用軟件填補(bǔ)。
[0035]13、心臟311文件激光打印、固化和形成模型。
[0036]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)階段心臟圖像研究只在心臟內(nèi)膜結(jié)構(gòu)重建并不包括外膜和心肌及覆蓋的脂肪組織轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了由普通實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)向指導(dǎo)臨床指導(dǎo)轉(zhuǎn)換，具體為:
1、復(fù)雜心臟結(jié)構(gòu)由醫(yī)學(xué)圖像向計(jì)算機(jī)圖像轉(zhuǎn)換，
2、復(fù)雜心臟計(jì)算機(jī)30圖像建立及生成311文件，
3、30打印識(shí)別復(fù)雜心臟311文件，制作生成30心臟模型。
[0037]本發(fā)明將影像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成被計(jì)算機(jī)識(shí)別的三維圖像可以被任意測(cè)量，不僅可以脫離工作平臺(tái)的限制，而且加入普通計(jì)算機(jī)輔助軟件可以更完善的支持醫(yī)學(xué)圖像；通過(guò)三維圖像軟件結(jié)合30打印技術(shù)，制造的30模型可以更直觀的觀察病變部位，使數(shù)字領(lǐng)域的醫(yī)學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成實(shí)物的心臟模型；通過(guò)在30模型上的病變觀察和研究可以完成術(shù)前預(yù)演、相互模擬手術(shù)配合；更直觀的、更清晰的、完全個(gè)體化的心臟模型重建為心臟手術(shù)做好準(zhǔn)備，建立完整的心臟三維圖像能減少手術(shù)并發(fā)癥和縮短手術(shù)時(shí)間，能大大的保證手術(shù)的成功率，減少風(fēng)險(xiǎn)，是心臟打印技術(shù)上的創(chuàng)新。
[0038]本發(fā)明全面的心臟三維圖像計(jì)算機(jī)圖像可以脫離系統(tǒng)加密工作平臺(tái)的限制，使用計(jì)算機(jī)輔助軟件可以完成一系列步驟操作:比如心臟四維成像、心臟手術(shù)動(dòng)漫演示或心臟手術(shù)計(jì)算機(jī)模擬等會(huì)為心臟計(jì)算機(jī)輔助搭建良好的平臺(tái)。
[0039]本發(fā)明的有益效果是:
1、形成心臟計(jì)算機(jī)模型為心臟計(jì)算機(jī)技術(shù)搭建一個(gè)平臺(tái)
2、30打印模型從醫(yī)學(xué)實(shí)物上可以直接觀察病變，增加三維立體感和實(shí)物感及把腦中的想象圖像變成實(shí)物展現(xiàn)在面前。
[0040]本發(fā)明拓寬了解剖學(xué)心臟領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)水平，從工作平臺(tái)的影像平面轉(zhuǎn)到個(gè)人計(jì)算機(jī)的三維層面理解，并且可以簡(jiǎn)單的獨(dú)立完成操作步驟，而且推廣了醫(yī)學(xué)三維重建技術(shù)及心臟三維重建和30模型打印技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外結(jié)構(gòu)的實(shí)體化心臟3D模型制作方法，其步驟為: 步驟1、增強(qiáng)CT、MRI掃描:對(duì)病人心臟進(jìn)行完整的造影劑填充，CT掃描層厚為0.9mm、切片數(shù)量為150到200層的條件下經(jīng)增強(qiáng)CT、MRI對(duì)病人進(jìn)行心臟部位掃描，獲得醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，使用工作平臺(tái)將圖像層厚再分割到0.45mm層厚，形成DICOM文件； 步驟2、提取數(shù)據(jù):將步驟I中掃描所得的數(shù)據(jù)DICOM格式文件導(dǎo)出，用Mimics軟件識(shí)別并保存，形成計(jì)算機(jī)識(shí)別的.mcs新文件； 步驟3、形成模板:在Mimics軟件內(nèi)對(duì)DICOM數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)CT及MRI的成像原理，在Mimics軟件的不同組織mask范圍內(nèi)提取不同的數(shù)據(jù)模板； 步驟4、模板修復(fù):步驟3中所提取的模板中會(huì)存在空腔結(jié)構(gòu)或圖像不全和邊界不清楚的問(wèn)題，經(jīng)Mimics軟件對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行處理，使模板清晰完整； 步驟5、編輯模板生成“病變”模板:計(jì)算機(jī)輔助手工編輯模板操作，完成心血管系統(tǒng)粗略與精細(xì)分割，形成包括內(nèi)部心腔造影劑模板、各部位心肌模板及覆蓋脂肪模板；通過(guò)各模板之間相互添加、刪除、分離或合并步驟形成需要的模板；所說(shuō)的“病變”模板是指包括發(fā)育不良及缺陷的解剖結(jié)構(gòu)的模板； 步驟6、優(yōu)化圖像:經(jīng)圖形處理軟件對(duì)步驟5中形成的3D圖像進(jìn)行處理，使3D圖像外部光滑和保證內(nèi)部圖像模板的完整性，并形成通用的打印識(shí)別STL文件； 步驟7、3D打印模型:將步驟6中處理好的數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D激光打印機(jī)中，打印出心臟模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外結(jié)構(gòu)的實(shí)體化心臟3D模型制作方法，其特征在于，所說(shuō)的提取數(shù)據(jù)主要是將CT和MRI的原始醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)通過(guò)DICOM文件格式導(dǎo)入Mimics軟件,保存可被Mimics軟件識(shí)別的MCS文件,將醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成普通計(jì)算機(jī)識(shí)別的文件，“提取數(shù)據(jù)”提取的是病變醫(yī)學(xué)部位的圖片層數(shù)范圍；提取數(shù)據(jù)要包括觀察部位的全部CT信息，心臟在主動(dòng)脈弓層和心尖層之間提取，按照觀察病變部位提取相應(yīng)的CT層數(shù)減少工作量及圖像復(fù)雜度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外結(jié)構(gòu)的實(shí)體化心臟3D模型制作方法，其特征在于，所說(shuō)的形成模板是CT和MRI掃描過(guò)程是將整個(gè)胸廓進(jìn)行斷層掃描，形成完整的胸部醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)，但是本方法只需要心臟的醫(yī)學(xué)圖像，只需要心臟數(shù)據(jù)“心臟”作為選擇的部位，其它的部位成像是嚴(yán)重的干擾因素，需要將它們從模板圖像中刪除；MimicS或與Mimics相似功能的醫(yī)學(xué)處理軟件根據(jù)CT及MRI的成像原理，根據(jù)不同組織視窗范圍提取，提取數(shù)據(jù)可以包括心腔內(nèi)造影劑、各腔心肌、覆蓋脂肪等，得到不同的視窗模板的心臟模板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外結(jié)構(gòu)的實(shí)體化心臟3D模型制作方法，其特征在于，所說(shuō)的模板修復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)是模板之間沒(méi)有空洞和其他模板和醫(yī)學(xué)圖像的干擾因素；需要進(jìn)行逐層分離內(nèi)部心臟造影劑保留正常組織結(jié)構(gòu)，需要打印的部位被模板識(shí)別，具體為: 1、模板在選擇的區(qū)域保持模板圖像完整、統(tǒng)一； 2、不同部位形成不同模板避免干擾； 3、病變部位完美呈現(xiàn)，減少干擾，保留正常組織結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外結(jié)構(gòu)的實(shí)體化心臟3D模型制作方法，其特征在于，其步驟為: 一、增強(qiáng)CT、MRI掃描醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)階段 增強(qiáng)CT、MRI掃描:對(duì)病人心臟進(jìn)行造影劑填充，CT掃描層厚為0.9mm、切片數(shù)量為150到200層的條件下經(jīng)增強(qiáng)CT、MRI對(duì)病人進(jìn)行心臟部位掃描，獲得醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，使用工作平臺(tái)將圖像層厚再分割到0.45mm層厚，形成DICOM文件；需要最小的層厚現(xiàn)在常規(guī)0.9mm需要工作平臺(tái)劈成0.45mm ； 二、心臟模板提取、成像及3D打印階段 .1、導(dǎo)入心血管系統(tǒng)數(shù)據(jù):CT和MRI工作平臺(tái)掃描心血管系統(tǒng)，DICOM格式數(shù)據(jù)依次導(dǎo)A Mimics軟件中，確定視角方向，病變部位在Mimics軟件中的Organize Images命令下選擇病變所在層數(shù)范圍確定需要的影像部位并保存； .2、CT數(shù)值顯示256灰度數(shù)值:不能形成多部位多層次準(zhǔn)確觀察，通過(guò)Mimics軟件中的Pseudo colors命令顯示彩色的圖譜，放大觀察心臟各部位視窗變化情況，觀察各組織視窗及組織、病變范圍及邊界情況；使用Mimics或與Mimics相似功能的醫(yī)學(xué)處理軟件根據(jù)CT及MRI的成像原理，根據(jù)不同組織模板成像范圍使用Profile Line/形成模板范圍或Measure Density inside Ellipse/區(qū)域模板范圍或調(diào)節(jié)模板范圍送視覺(jué)觀察邊界覆蓋情況，提取數(shù)據(jù)可以包括心腔內(nèi)造影劑、各腔心肌、覆蓋脂肪等，得到不同的視窗模板的心臟模板； .3、分割出心血管系統(tǒng)區(qū)域:Mimics軟件中的的Profileline命令畫(huà)線確定選擇提取部位的模板視窗范圍或Mimics軟件中的Measure Density inside Rectang命令通過(guò)方框組織平均數(shù)尋則視窗范圍j^Mimics軟件中的再利用區(qū)域生長(zhǎng)(reg1ngrowing )及動(dòng)態(tài)區(qū)域生長(zhǎng)(dynamic reg1n growing)算法對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行粗分割； .4、刪除圖像干擾因素:利用編輯(Edit)功能進(jìn)行精細(xì)分割，至清晰顯示心血管系統(tǒng)各個(gè)部分，具體為: a、刪除外部干擾因素:心臟造影劑密度同骨密度有交叉的視窗范圍，心肌、脂肪組織在同層面都有相似區(qū)域的組織結(jié)構(gòu)相互交叉，主要去掉胸骨柄、胸廓、降主動(dòng)脈和脊柱，由于視窗范圍相互交錯(cuò)導(dǎo)致模板圖像包含不需要的結(jié)構(gòu)；1.距離遠(yuǎn)的使用Mimics軟件中的Crop Mask命令通過(guò)劃定范圍將不需要的模板部分刪除；2.經(jīng)Calculate polylines命令生成的三維進(jìn)行手工劃出不需要的范圍，刪除不要的部分；3.計(jì)算機(jī)不能識(shí)別模板交叉距離近的部位應(yīng)在放大鏡8?16倍的作用下人工修復(fù)模板； b、修補(bǔ)內(nèi)部結(jié)構(gòu)干擾因素:心臟造影劑心臟聚集分布不均，心腔內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有肌柱、肌束、乳頭肌、瓣膜和流出道等復(fù)雜結(jié)構(gòu)影響及干擾造影劑填充心腔；由于造影劑不均勻，模板形成不完整導(dǎo)致上述結(jié)構(gòu)邊界顯示不清，使用編輯(Edit)功能進(jìn)行精細(xì)分割，手工操作和計(jì)算機(jī)命令相互配合逐層完成模板提取、修復(fù)；分離心腔中心臟造影劑保留正常組織結(jié)構(gòu)，從而消除造影劑對(duì)心臟內(nèi)部成像的干擾及完成內(nèi)部病變結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確提取；運(yùn)行“波爾”運(yùn)算公式對(duì)模板進(jìn)行“加”、“減”或“合并”相關(guān)操作獲得需要的模板； .5、“波爾”運(yùn)算公式模板相互融合和刪除:將涉及的心臟模板“減去”造影劑模板形成需要心腔的心臟模板； .6、將不同部位的模板合并成同一塊模板并用smooth命令進(jìn)行光滑處理和劃分網(wǎng)格處理3-matic ;Zbrush雕刻軟件也可以完成內(nèi)部及表面光滑處理圖像； . 7、Calculate3D形成計(jì)算機(jī)三維模型數(shù)據(jù)STL+; .8、GeomagicStud1中，用目測(cè)觀察法手動(dòng)刪除明顯的噪音點(diǎn),然后再利用減少噪音工具，選擇自由曲面形狀，將平滑度水平置于中間水平，迭代次數(shù)是3，偏差限制為9.4647(可以根據(jù)圖像清晰程度自由設(shè)置)geomagic識(shí)別stl文件，可以觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)和進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量； . 9、圖像再優(yōu)化:利用圖像處理軟件Photoshop和三維軟件3dsMax,將重建好的心臟表面模型和心臟肌肉表面血管導(dǎo)入到3ds Max中進(jìn)行后期處理，包括模型整理，紋理映射，建立血管模型，烘焙和輸出光線貼圖； .10、心臟病變部位透視利于觀察:用maya軟件或Geomagic軟件測(cè)量心臟內(nèi)部； .11、3D模型:如果需要只打印病變部位,可用計(jì)算機(jī)圖像分割軟件,如mimics軟件、maya軟件、Zbrush雕刻軟件或Geomagic軟件對(duì)形成的3D數(shù)據(jù)進(jìn)行分割處理,分割出需要的病變部位； .12、3D打印模型機(jī)打印醫(yī)學(xué)STL文件:心臟模型不僅需要內(nèi)膜，還有外膜包括兩層膜之間的肌肉，3D打印只識(shí)別簡(jiǎn)單的內(nèi)外兩層膜，中間組織不識(shí)別，這是3D打印“鏤空”效應(yīng)，進(jìn)行翻轉(zhuǎn)逆向操作或用軟件填補(bǔ)； . 13、心臟STL文件激光打印、固化和形成模型。
【文檔編號(hào)】G06T17/00GK104462650SQ201410624154
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】張建卿, 孟祥鵬, 劉夏, 王國(guó)鋒, 陳現(xiàn)杰, 劉洋, 趙建明 申請(qǐng)人:張建卿