[发明专利]一种低成本多材料3D打印头部脑部模型的方法

权利要求书

1.一种低成本3D打印多材料脑部医学模型的方法，其特征在于包含以下步骤：MR图像预处理、MR图像分割、组织/器官的三维模型构建和3D打印；所述MR图像分割步骤包括头皮分割、颅骨分割、大脑分割、大脑灰质与白质分割、大脑脑区分割，其中，

所述大脑分割包括如下步骤：

(I)使用Marching Cubes算法构造MR图像中的脑组织初始三维表面；

(II)由空间平滑力平滑初始三维表面，以获得均匀间距的顶点；

(III)根据MR图像的灰度信息构造驱动力，以分割脑组织和非脑组织；

(IV)由脑概率图驱动顶点移向脑组织的真实边界；

(V)分割得到去除了皮肤和颅骨的脑组织，同时也分割得到皮肤和颅骨；

(VI)使用FLIRT和Demons算法配准MNI脑图谱和去除了颅骨与皮肤的MR图像，得到去除了小脑的大脑，同时也分割得到了小脑；所述大脑灰质和白质分割包括如下步骤：

(I)使用多水平集分割大脑组织的灰质、白质、脑脊液和背景，其中多水平集相应的零水平面分别表示白质/灰质、灰质/脑脊液和脑脊液/背景的分界面；

(II)使用局部灰度分布和脑皮层厚度约束以精确分割大脑的灰质；

所述的大脑脑区分割包括如下步骤：

使用非线性对称配准算法配准仅包含大脑的MR图像和MNI脑图谱，同时分割得到90个大脑脑区；根据分割结果，分别为皮肤、颅骨、灰质、白质和各个脑区建立三维网格模型；其所述的三维网格模型中，内层皮肤的三维网格曲面和颅骨的外层网格曲面是重合的，灰质内层的三维网格曲面和白质的外层网格曲面是重合的，三维网格模型为90个大脑脑区分别建立90个独立的三维网格模型，该90个三维网格模型组合成完整的大脑的三维网格模型；所述的90个大脑脑区的网格曲面中包含各自脑区所对应的灰质的三维网格曲面和白质的三维网格曲面；所述的90个大脑脑区的灰质的三维网格曲面，组合成完整的大脑灰质的三维网格模型，90个大脑脑区的白质的三维网格曲面，组合成完整的大脑白质的三维网格模型；所述的90个大脑脑区的灰质的三维网格模型，计算其模型所对应脑区的灰质厚度，并附加90个脑区的灰质和白质密度，附加三维网格模型的颅骨和皮肤的密度。

2.根据权利要求1所述的低成本3D打印多材料脑部医学模型的方法，其特征在于：所述MR图像预处理步骤包括使用重定向和重采样技术对MR图像进行归一化处理，使用非均匀性灰度校正算法对MR图像进行灰度校正，使用重采样技术将MR图像重采样为256×256×256。

3.根据权利要求1所述的低成本3D打印多材料脑部医学模型的方法，其特征在于：所述的组织/器官的三维模型构建步骤包括：三维网格模型生成、三维网格模型平滑、曲面厚度计算和其他信息获取。

4.根据权利要求1所述的低成本3D打印多材料脑部医学模型的方法，其特征在于：所述的3D打印步骤包括三维网格模型分层、3D打印大脑组织、3D打印颅骨和皮肤和组合；其中所述的三维网格模型分层后的横截面数据厚度为0.1毫米～1毫米；

其中所述的3D打印大脑组织，包含以下步骤：

(I)为颅骨和脑部软组织选择打印材料，设置打印厚度、打印速度和送料速度；

(II)上位机联机3D打印机进行3D打印，整体打印白质，分别打印左右半脑的灰质、颅骨和皮肤，(III)将左右半脑的灰质组合在白质的外表面；

(IV)将左右半脑的颅骨组合在灰质的外表面；

(V)将左右半脑的皮肤组合在颅骨的外表面。

5.根据权利要求1所述的低成本3D打印多材料脑部医学模型的方法，其特征在于：所述的3D打印步骤包括三维网格模型分层、3D打印大脑组织、3D打印颅骨和皮肤和组合；其中所述的三维网格模型分层后的横截面数据厚度为0.1毫米～1毫米；

其中所述的3D打印大脑组织，包含以下步骤：

(I)设置以大脑脑区为顺序逐个打印90个大脑脑区，设置打印厚度、打印速度和送料速度，选择打印颅骨和脑部软组织的材料；

(II)逐个打印大脑脑区；

(III)将打印完成后的大脑脑区组装为完整的大脑组织；

(IV)打印左右大脑的颅骨和皮肤，并将颅骨组合在灰质外层，将皮肤组合在颅骨的外层。