[发明专利]一种可实现内外结构的实体化心脏3D模型制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及心脏模型成型技术，特别是一种可实现内外结构的实体化心脏3D模型制作方法。

背景技术

由于CT和MRI工作平台的加密保护设计，使心脏临床医师阅读的心脏扫描诊断数据不论是增强CT和MRI都是二维数据图像和平面截图，缺乏心脏内部结构立体感及缺少手术操作部位测量的数据；一般的心脏图像研究只是在心脏表面结构上进行重建，并不包括心肌内膜和心脏瓣膜，肌柱及腱索及覆盖的脂肪组织，先天复杂性心脏病变是小儿心脏发育阶段心肌细胞在组织分裂过程中出现变异，发育过程后产生严重的心脏结构改变及血液动力学改变，影响患儿生存状况及疾病治愈几率；复杂心脏手术需要对心脏结构进行重新构建，包括流出道、瓣膜、腱索、室间隔或房间隔等，达到同龄正常心脏发育的生理解剖，现阶段复杂心脏病手术治愈率远远低于其他心脏手术，与其复杂结构的客观再现能力技术及术前明确的方案设计有关；所以需要更准确的三维图像和邻近组织结构距离数值测量，直接观察个体化心脏病变进行手术预方案的研究对缩短手术时间和提高治愈率有重大的需求；实体化心脏3D模型是手术医师希望得到的指导操作模型。

现有的技术问题是计算机模拟医学三维成像技术认知度浅，绝大部分医生并没有接触此类技术，现阶段主要在成像结构简单、关系不复杂的骨科领域探索性临床应用指导；心脏组织结构复杂、关系紧密，一般都是作为整体图像提取研究，并没有显示心脏内部组织结构和位置关系，而且现有技术存在以下缺点；

1、增强CT扫描心脏数据提取不准确往往造成图像处理不全（由于扫描断层层厚及心脏跳动有关）；

2、心脏组织关系复杂，个体化差异明显，各部位各组织相互之间错综复杂，计算机不易识别各部位改变情况，导致心脏图像不易大范围计算机分割，绝大部分步骤需要实验及临床人员进行人工干预；

3、心脏内部提取复杂，造影剂心脏分布不均导致内部成像更加复杂；

4、心房壁比较薄，平均1~3mm 容易形成图像断层；

5.、DICOM数据成像模板边界失真，导致形成不易观察各部位分界线；

6、计算机复杂操作3D模型成像处理；

7、3D打印材料选择，现阶段打印材料一般是工程领域常用的材料，心脏三维重建主要是看内部结构，更透明、更柔软的、适合人体工程柔韧度的材料选择是现阶段材料需要解决的技术缺点。

因此，个体化、实体化的心脏3D模型制作方法及3D模型打印是亟需解决的医学方面问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之问题，探索新的测量方法及模型制作方法，推广医学三维重建技术及心脏三维重建和3D模型打印，本发明提出一种可实现心脏内外结构的实体化心脏3D模型制作方法，完成心脏内部结构清晰完整的显示。

其方法为：

步骤1、增强CT、MRI扫描：对病人心脏进行完整的造影剂填充，CT扫描层厚为0.9mm、切片数量为150到200层的条件下经增强CT、MRI对病人进行心脏部位扫描，获得医学影像数据，使用工作平台将图像层厚再分割到0.45mm层厚，形成DICOM文件；

步骤2、提取数据：将步骤1中扫描所得的数据DICOM格式文件导出，用Mimics软件识别并保存，形成计算机识别的 .mcs新文件；

步骤3、形成模板：在Mimics软件内对DICOM数据进行处理，根据CT及MRI的成像原理，在Mimics软件的不同组织mask范围内提取不同的数据模板；

步骤4、模板修复：步骤3中所提取的模板中会存在空腔结构或图像不全或边界不清楚的问题，经Mimics软件对上述问题进行处理，使模板清晰完整；

步骤5、编辑模板生成“病变”模板：在Mimics软件内，计算机辅助手工编辑模板操作，完成心血管系统粗略与精细分割，形成包括内部心腔造影剂模板、各部位心肌模板及覆盖脂肪模板；通过各模板之间相互添加、删除、分离或合并步骤形成需要的模板；

步骤6、优化图像：经图形处理软件对步骤5中形成的3D图像进行处理，使3D图像外部光滑和保证内部图像模板的完整性，并形成通用的打印识别STL文件；

步骤 7、3D打印模型：将步骤6中处理好的数据导入3D激光打印机中，选择合适材料打印出心脏模型。

本发明能获得结构清晰完整的心脏模型，能大大提高心脏手术的成功率。

具体实施方式

以下对本发明作进一步详细说明。

本发明的步骤是：