[发明专利]基于3D打印的头部医学模型快速成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种头部医学模型的设计和制造技术，尤其是涉及一种基于3D打印的医学模型快速成型方法。

背景技术

3D打印作为一项创新技术，以三维模型数据为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体。3D打印与传统制造方式相比具有明显成本优势：无需设计模具，不必引进生产流水线。同时，3D打印制作模型的速度快，单个实物制作费用低，并在在工业快速成型、设计模型制造和医疗义肢制作等领域获得应用。近几年，3D打印技术快速发展引起了广泛关注，引起较大影响，是制造业发展的一个新趋势。随着桌面3D打印机及打印材料价格的不断下降，3D打印技术正在向实用化方向迈进。3D打印可以为医学模型制造提供有别于传统制造方式的新思路，可提高模型的制造效率，提供可定制化和个性化的医学模型。

发明内容

本发明提供了一种基于3D打印的医学模型快速成型方法。基于多模态医学图像的精确分割和配准，有效利用CT图像和MR图像的信息，对头部皮肤、颅骨、灰质、白质、脑脊液和大脑不同脑区建立三维模型，通过3D打印的方法，精确、快速地制造头部医学模型，并可提供可定制化、个性化的模型，解决了传统医学模型制作周期长、精度低、不可定制化的缺点。

为了解决上述技术问题，实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于3D打印的头部医学模型快速成型方法，其特征在于包含以下步骤：

多模态医学图像配准、基于多模态图像的组织/器官精确分割、组织/器官的三维模型建立和3D打印，其中，所述多模态医学图像，包含以下任意一种模态的图像或任意组合：计算机断层成像（CT）图像和磁共振成像（MR）图像，或衍生自CT的成像技术获取的图像和衍生自MR的成像技术获取的图像的任一组合。

所述的衍生自CT的成像技术，包含以下任意一种成像技术：灌注CT成像技术、功能CT成像技术和计算机断层血管造影。

所述的衍生自MR的成像技术，包含以下任意一种成像技术：灌注MR成像技术，功能MR成像技术、弥散张量MR成像技术和磁共振血管造影技术。

所述的多模态医学图像配准步骤包括：

（I）构造或选择参考图像，并提取多模态图像的相关信息；

（II）构造图像的相似性测度；

（III）最大化相似性测度，计算得到图像的位移向量；

（IV）将多模态图像所在的空间变换到参考图像的坐标空间；

其中所述的参考图像是待配准的多模态图像中的其中之一，或是参考图像是标准的模板图像，或是由若干幅图像构造的模板图像，或是由多模态图像构造的先验结构图像，或是由健康人体采集而得的高精度图像；

其中所述的多模态图像的相关信息，包含以下任一一种或若干种信息的任意组合：

图像像素的灰度、图像梯度、图像局部梯度方向、互相关系数、互信息（或归一化互信息、或条件互信息、或包含空间上下文内容的互信息）、图像局部熵、拉普拉斯邻域图和自相似性特征，以及基于以上信息的改进；

其中所述的空间变换是以下任一一种：刚性变换、仿射变换、弹性变换或非刚性变换，以及在不同图像尺度上上述变换的任意组合。

所述的多模态医学图像的组织/器官精确分割步骤包括：

对于MR图像的处理，具体指的是对MR图像或衍生自MR的成像技术获取的图像（以下简称MR图像）进行如下处理：

（I）预处理MR图像或衍生自MR的成像技术获取的图像，得到预处理后的图像；

（II）去除MR图像或衍生自MR的成像技术获取的图像中的颅骨和小脑等组织；

（III）分割得到灰质、白质、脑脊液和背景等区域，并计算灰质等组织的厚度；

（IV）分割大脑中的感兴趣区域；

对于CT图像的处理，具体指的是对CT图像或衍生自CT的成像技术获取的图像（以下简称CT图像），进行如下处理：

（I）预处理CT图像或衍生自CT的成像技术获取的图像，去除图像噪声和灰度分布不均匀性；

（II）分割头部的颅骨组织；

（III）分割头部的皮肤；

（IV）分割得到整体的脑部组织。

对于MR图像的处理步骤（III）中采用MR图像分割算法，其特征在于：使用多水平集方法分割灰质、白质和脑脊液；对于MR图像的处理步骤（IV）中采用非线性对称配准算法分割大脑的感兴趣区域，其特征在于：所述的非线性对称配准算法，可将大脑区域分割成90个脑区。

所述的组织/器官的三维模型建立步骤包括：