專利名稱：一種人體解剖學(xué)鑄型標(biāo)本模型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)療模型的制作方法，尤其涉及一種供解剖分析的鑄型標(biāo)本模型 的制作方法。
背景技術(shù)：
動(dòng)物體內(nèi)有各種不同的管道，具有不同的功能。比如人體內(nèi)的動(dòng)脈、靜脈、淋巴管、 消化管、氣管、支氣管等結(jié)構(gòu)，它們交錯(cuò)分布、十分復(fù)雜，是外科手術(shù)中必須妥善處理的對(duì) 象。為更好地研究器官內(nèi)管道分支的分布范圍和交通吻合情況，人們發(fā)展了解剖學(xué)鑄型標(biāo) 本技術(shù)。鑄型標(biāo)本技術(shù)是解剖學(xué)標(biāo)本制作的一項(xiàng)專門(mén)技術(shù)，在醫(yī)學(xué)教學(xué)和顯微外科中有很 高的應(yīng)用價(jià)值。它是以人體內(nèi)各種管道，比如血管、支氣管、淋巴管、肝管、胰管等作模具，將 高分子化合物填充劑用注射器灌注到管道內(nèi)，待管道內(nèi)的填充劑硬化后，再利用高分子化 合物耐酸、耐堿的特性，用酸或堿將其它人體組織腐蝕，從而制作人體鑄型標(biāo)本。鑄型標(biāo)本 能夠全面、真實(shí)地反映器官內(nèi)管道立體構(gòu)筑形式，能有效地幫助臨床醫(yī)生，特別是外科醫(yī)生 全面了解其復(fù)雜的解剖學(xué)關(guān)系，最終能有效地提高醫(yī)療質(zhì)量，造福廣大患者。但上述鑄型標(biāo)本技術(shù)也有很多局限性，首先，每制作一具鑄型標(biāo)本就需要一個(gè)真 實(shí)的人體標(biāo)本，此技術(shù)對(duì)標(biāo)本的需求很大。其次，這些鑄型標(biāo)本由于各種人體管道交錯(cuò)，結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，無(wú)法利用工業(yè)上常用的翻模技術(shù)來(lái)復(fù)制此標(biāo)本，導(dǎo)致制造成本大。另外，由于每一 具鑄型標(biāo)本都是由真實(shí)人體標(biāo)本獲得的，基于倫理學(xué)考慮，這些鑄型標(biāo)本不能作為商品交 流和高校普及教學(xué)之用。以上局限限制了鑄型標(biāo)本的廣泛傳播及應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是提供一種人體解剖學(xué)鑄型標(biāo)本模型的制作方法，利用醫(yī)學(xué)圖像三維重建 技術(shù)，提取分析各種人體管道結(jié)構(gòu)，快速、低成本地制作出不同人體部位的鑄型標(biāo)本模型。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種人體解剖學(xué)鑄型標(biāo)本模型的制作方法，包括步驟a、采集現(xiàn)有鑄型標(biāo)本或人體標(biāo)本的原始圖像數(shù)據(jù)；b、分析所述原始圖像數(shù)據(jù)，提取人體內(nèi)各種管道的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)圖像處理， 形成人體鑄型標(biāo)本的三維模型；C、將所述人體鑄型標(biāo)本的三維模型導(dǎo)入快速成型設(shè)備中，利用快速成型設(shè)備三維 打印出所述人體解剖學(xué)鑄型標(biāo)本模型。進(jìn)一步，所述步驟a具體包括通過(guò)CT機(jī)掃描、或MRI設(shè)備、或X射線機(jī)、或三維激光掃描設(shè)備采集人體部位或人 體標(biāo)本的原始數(shù)據(jù)，包括形狀、大小、結(jié)構(gòu)、人體內(nèi)各種管道的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。進(jìn)一步，所述步驟b具體包括將原始圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維重建軟件中，在計(jì)算機(jī)上對(duì)采集的原始人體斷層圖像數(shù) 據(jù)進(jìn)行圖像分割，消除皮膚、肌肉、結(jié)締組織、神經(jīng)組織，提取人體內(nèi)一種或多種管道結(jié)構(gòu)圖 像，并對(duì)人體內(nèi)所述管道結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建，獲得所述人體鑄型標(biāo)本的三維模型；
3
將所述人體鑄型標(biāo)本的三維模型導(dǎo)入圖像處理軟件中進(jìn)行相應(yīng)圖像處理，包括表 面平滑、減少三角面片、缺損修補(bǔ)、明暗對(duì)比處理，并設(shè)計(jì)好各種管道結(jié)構(gòu)的顏色及縮放比 例。進(jìn)一步，在所述步驟c中，將經(jīng)計(jì)算機(jī)圖像處理過(guò)的人體鑄型標(biāo)本的三維模型導(dǎo) 入三維打印機(jī)中，根據(jù)所述人體鑄型標(biāo)本的各種管道種類區(qū)別，制作出不同顏色管道結(jié)構(gòu) 的實(shí)物人體解剖學(xué)鑄型標(biāo)本模型。上述方法每個(gè)步驟中所述人體內(nèi)各種的管道結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)是根據(jù)不同人體部位，選擇 采集包括動(dòng)脈、靜脈、氣管、支氣管、淋巴管、肝管、胰管結(jié)構(gòu)中一種或多種管道的數(shù)字圖像 數(shù)據(jù)。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種人體解剖學(xué)鑄型標(biāo)本模型的制作方法，不必采用真實(shí)的 人體標(biāo)本來(lái)制作鑄型標(biāo)本模型，解決了尋找制作材料困難的問(wèn)題?？梢詫?duì)人體標(biāo)本、或醫(yī)學(xué) 鑄型標(biāo)本通過(guò)三維掃描技術(shù)，結(jié)合圖像三維重建軟件，提取人體內(nèi)各種管道結(jié)構(gòu)圖像，能準(zhǔn) 確快速、低成本地制作出不同人體部位的鑄型標(biāo)本模型。當(dāng)然也可以對(duì)醫(yī)學(xué)鑄型標(biāo)本進(jìn)行 復(fù)制，批量生產(chǎn)，不受人體標(biāo)本原料匱乏的影響，大大擴(kuò)展了人體鑄型標(biāo)本模型的廣泛傳播 及教學(xué)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用。同時(shí)避免了對(duì)尸體進(jìn)行處理的倫理道德問(wèn)題，用現(xiàn)有的三維打印材料、或醫(yī)用骨 水泥、或醫(yī)用牙托材料批量生產(chǎn)出鑄型標(biāo)本模型，作為商品交流和高校普及教學(xué)之用。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的人體解剖學(xué)鑄型標(biāo)本模型的制作方法流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一 步地詳細(xì)描述。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種人體解剖學(xué)鑄型標(biāo)本模型的制作方法，包 括步驟101、采集現(xiàn)有鑄型標(biāo)本或人體標(biāo)本的原始圖像數(shù)據(jù)。通過(guò)CT機(jī)、或MRI設(shè)備、或X射線機(jī)、或三維激光掃描設(shè)備采集人體部位、或尸體、 或醫(yī)學(xué)鑄型標(biāo)本的原始圖像數(shù)據(jù)，所述原始圖像數(shù)據(jù)包括形狀、大小、結(jié)構(gòu)、人體內(nèi)各種管 道的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。所述人體內(nèi)各種管道的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)是根據(jù)不同人體部位來(lái)選擇采集，可包括動(dòng) 脈、靜脈、氣管、支氣管、淋巴管、肝管、胰管等結(jié)構(gòu)中一種或多種管道的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。102、將原始圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維重建軟件Mimics中，在計(jì)算機(jī)上提取所述三維模 型中人體內(nèi)各種管道的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)圖像處理，形成人體鑄型標(biāo)本的三維模型。具體的，對(duì)采集的人體斷層圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像分割、調(diào)整，標(biāo)記出不同的管道，比 如對(duì)采集到的人體部位或人體標(biāo)本圖像，在計(jì)算機(jī)虛擬三維模型上消除皮膚、肌肉、神經(jīng)組 織、結(jié)締組織等，提取人體內(nèi)各種管道結(jié)構(gòu)的圖像，并對(duì)各種管道結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建，獲得 所述人體鑄型標(biāo)本結(jié)構(gòu)的三維模型；將所述人體鑄型標(biāo)本的三維模型導(dǎo)入圖像處理軟件 3-Matic中進(jìn)行相應(yīng)圖像處理，處理過(guò)程包括表面平滑、減少三角面片、缺損修補(bǔ)、明暗對(duì)比處理，并設(shè)計(jì)好各種管道結(jié)構(gòu)的顏色及縮放比例，使所述人體鑄型標(biāo)本的三維模型更加逼
直
ο103、將所述人體鑄型標(biāo)本的三維模型導(dǎo)入快速成型設(shè)備中，利用快速成型設(shè)備三 維打印出所述人體解剖學(xué)鑄型標(biāo)本模型。將經(jīng)計(jì)算機(jī)圖像處理過(guò)的人體鑄型標(biāo)本的三維模型導(dǎo)入三維打印機(jī)Z-Corp中， 根據(jù)設(shè)計(jì)好的顏色及縮放比例，制作出實(shí)物的人體解剖學(xué)鑄型標(biāo)本模型。通過(guò)這種方法可 以批量制作出多個(gè)一模一樣的人體鑄型標(biāo)本模型，而且制作材料容易獲得，成本低，便于廣 泛傳播及教學(xué)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用。實(shí)施例一介紹根據(jù)肺部鑄型標(biāo)本制作肺部鑄型標(biāo)本模型的過(guò)程。1、對(duì)肺部鑄型標(biāo)本進(jìn)行CT掃描或三維激光掃描，獲得肺部鑄型標(biāo)本的斷層圖像 數(shù)據(jù)。2、將肺部鑄型標(biāo)本的連續(xù)斷層數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維重建軟件Mimics中，綜合三維重建 軟件自帶的“閾值分割”、“區(qū)域增長(zhǎng)”等功能項(xiàng)，對(duì)斷層圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像分割，人工判斷調(diào) 整提取肺動(dòng)脈、肺靜脈及氣管、支氣管等結(jié)構(gòu)的二維圖像，并對(duì)此進(jìn)行三維重建，獲得肺部 鑄型標(biāo)本各種管道結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型。3、將已獲得的肺部鑄型標(biāo)本的計(jì)算機(jī)三維模型導(dǎo)入圖像處理軟件3-Matic中進(jìn) 行相關(guān)圖像處理，包括表面平滑、減少三角面片、缺損修補(bǔ)等處理，使模型更逼真，并設(shè)計(jì)好 各結(jié)構(gòu)的顏色及縮放比例。4、將經(jīng)計(jì)算機(jī)圖像處理過(guò)的肺部鑄型標(biāo)本的三維計(jì)算機(jī)模型導(dǎo)入三維打印機(jī) Z-Corp中制作肺鑄型標(biāo)本模型。在計(jì)算機(jī)圖像上分別用紅色表示肺部鑄型標(biāo)本模型中的肺 動(dòng)脈、藍(lán)色代表肺鑄型標(biāo)本模型中的肺靜脈，白色代表肺鑄型標(biāo)本模型中的氣管、支氣管等 結(jié)構(gòu)，這樣立體的模型更直觀清楚，方便醫(yī)學(xué)教學(xué)，對(duì)于先期了解手術(shù)病人的肺動(dòng)脈、肺靜 脈及氣管、支氣管等結(jié)構(gòu)情況提供便利，提高手術(shù)成功率。實(shí)施例二 介紹根據(jù)對(duì)人體標(biāo)本的帶骨和動(dòng)脈結(jié)構(gòu)的小腿掃描數(shù)據(jù)，制作帶骨和 動(dòng)脈結(jié)構(gòu)的小腿鑄型標(biāo)本模型的過(guò)程。1、對(duì)人體標(biāo)本的小腿進(jìn)行CT掃描或三維激光掃描，獲得小腿結(jié)構(gòu)的斷層圖像數(shù)據(jù)。2、將小腿結(jié)構(gòu)的連續(xù)斷層圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維重建軟件Mimics中，分別采用不同 的閾值對(duì)骨和動(dòng)脈結(jié)構(gòu)進(jìn)行“閾值分割”，并采用二維圖像修飾及區(qū)域增長(zhǎng)等功能，實(shí)現(xiàn)斷 層圖像的圖像分割，刪除圖像中皮膚、肌肉、神經(jīng)組織等，提取小腿骨、動(dòng)脈結(jié)構(gòu)的二維圖 像，并對(duì)此進(jìn)行三維重建，獲得小腿鑄型標(biāo)本的三維計(jì)算機(jī)模型。3、將已獲得的小腿鑄型標(biāo)本的計(jì)算機(jī)三維模型導(dǎo)入圖像處理軟件3-Matc中進(jìn)行 相關(guān)圖像處理，包括表面平滑、減少三角面片、缺損修補(bǔ)等處理，使模型更逼真，并設(shè)計(jì)好小 腿骨和動(dòng)脈結(jié)構(gòu)的顏色及縮放比例。4、將經(jīng)計(jì)算機(jī)圖像處理過(guò)的小腿鑄型標(biāo)本的三維計(jì)算機(jī)模型導(dǎo)入三維打印機(jī) Z-Corp中制作小腿鑄型標(biāo)本。分別用白色表示小腿鑄型標(biāo)本中的骨結(jié)構(gòu)，紅色代表小腿鑄 型標(biāo)本中的動(dòng)脈結(jié)構(gòu)，這樣更直觀清楚，方便醫(yī)學(xué)教學(xué)，以及先期了解手術(shù)病人骨和動(dòng)脈結(jié) 構(gòu)情況，提高手術(shù)成功率。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明專利還保護(hù)采用本發(fā)明方法制作出的鑄型標(biāo)本模型，制作的材料包括三維打印材料、醫(yī)用骨水泥、醫(yī)用牙托材料等、高分子注塑材料等。當(dāng)然對(duì)于本 技術(shù)領(lǐng)域的人員還可采用本發(fā)明方法制作出不同動(dòng)物的鑄型標(biāo)本模型，方法原理都一樣這 里就不重復(fù)。這些制作出不同動(dòng)物的鑄型標(biāo)本模型都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下， 還可以做出若干改進(jìn)和變動(dòng)，這些改進(jìn)和變動(dòng)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種人體解剖學(xué)鑄型標(biāo)本模型的制作方法，其特征在于，包括步驟a、采集現(xiàn)有鑄型標(biāo)本或人體標(biāo)本的原始圖像數(shù)據(jù)；b、分析所述原始圖像數(shù)據(jù)，提取人體內(nèi)各種管道的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)圖像處理，形成人體鑄型標(biāo)本的三維模型；c、將所述人體鑄型標(biāo)本的三維模型導(dǎo)入快速成型設(shè)備中，利用快速成型設(shè)備三維打印出所述人體解剖學(xué)鑄型標(biāo)本模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述步驟a具體包括通過(guò)CT機(jī)掃描、或MRI設(shè)備、或X射線機(jī)、或三維激光掃描設(shè)備采集人體部位或人體標(biāo) 本的原始數(shù)據(jù)，包括形狀、大小、結(jié)構(gòu)、人體內(nèi)各種管道的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述步驟b具體包括將原始圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維重建軟件中，在計(jì)算機(jī)上對(duì)采集的原始人體斷層圖像數(shù)據(jù)進(jìn) 行圖像分割，消除皮膚、肌肉、結(jié)締組織、神經(jīng)組織，提取人體內(nèi)一種或多種管道結(jié)構(gòu)圖像， 并對(duì)人體內(nèi)所述管道結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建，獲得所述人體鑄型標(biāo)本的三維模型；將所述人體鑄型標(biāo)本的三維模型導(dǎo)入圖像處理軟件中進(jìn)行相應(yīng)圖像處理，包括表面平 滑、減少三角面片、缺損修補(bǔ)、明暗對(duì)比處理，并設(shè)計(jì)好各種管道結(jié)構(gòu)的顏色及縮放比例。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，在所述步驟c中，將經(jīng)計(jì)算機(jī)圖像處 理過(guò)的人體鑄型標(biāo)本的三維模型導(dǎo)入三維打印機(jī)中，根據(jù)所述人體鑄型標(biāo)本的各種管道種 類區(qū)別，制作出不同顏色管道結(jié)構(gòu)的實(shí)物人體解剖學(xué)鑄型標(biāo)本模型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的制作方法，其特征在于，所述人體內(nèi)各種的管道 結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)是根據(jù)不同人體部位，選擇采集包括動(dòng)脈、靜脈、氣管、支氣管、淋巴管、肝管、胰管 結(jié)構(gòu)中一種或多種管道的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種人體解剖學(xué)鑄型標(biāo)本模型的制作方法，包括步驟a、采集已有鑄型標(biāo)本或人體標(biāo)本的原始圖像數(shù)據(jù)；b、分析所述原始圖像數(shù)據(jù)，提取所述原始圖像數(shù)據(jù)中人體內(nèi)各種管道的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)圖像處理，形成人體鑄型標(biāo)本的三維模型；c、將所述人體鑄型標(biāo)本的三維模型導(dǎo)入快速成型設(shè)備中，利用快速成型設(shè)備三維打印出所述人體解剖學(xué)鑄型標(biāo)本模型。本發(fā)明的制作方法不必采用真實(shí)的人體標(biāo)本來(lái)制作鑄型標(biāo)本模型，解決了倫理道德問(wèn)題和尋找制作材料困難的問(wèn)題。還能準(zhǔn)確快速、低成本地制作出不同人體部位的鑄型標(biāo)本模型。大大擴(kuò)展了人體鑄型標(biāo)本的廣泛傳播及教學(xué)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101964155SQ20101028543
公開(kāi)日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月16日
發(fā)明者唐雷, 張美超, 李澤宇, 李鑒軼, 趙衛(wèi)東 申請(qǐng)人:南方醫(yī)科大學(xué)