[发明专利]基于医学断层图像直接3D打印实体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于医学断层图像直接3D打印实体的方法，属于医学图像处理技术领域。

背景技术

随着生物材料知识的发展，3D打印技术在医学领域中的应用逐渐受到重视并得到不断发展。通过医学影像技术和3D打印技术的结合制造人体骨骼或软组织模型，具有最快的成型速度，不但可以大大加快医疗手术方案的论证过程，为手术提供强有力的技术保障，并保证手术的成功率，而且为临床医学中长期困扰人们的“度身定做”的问题的解决提供了较为有效的方法和制作手段。目前基于医学断层图像的3D打印方法通常是通过将医学断层图像内的目标区域进行三维重建，获取感兴趣区域的三维的CAD模型，然后通过对CAD模型进行分层切片处理得到3D打印系统需要的二维截面信息，最后在二维截面的轮廓内部规划3D打印机喷头或激光器的扫描填充路径，最终实现医学模型的快速成型。

但是在基于医学断层图像的3D打印流程中的各个环节都会引入误差，包括对投影数据采集时扫描系统本身的误差和扫描条件的不理想而引入的误差；对断层图像数据进行滤波、分割等处理操作导致的信息丢失；通过断层图像三维重建过程中几何曲面拟合实体的不精确性误差。而3D打印是基于离散堆积的原理将三维模型快速制造出实体模型，同样会引入误差，主要包括三角网格分层切片带来的误差；规划扫描填充路径时引入的误差；材料逐层堆积而引起的“台阶效应”误差以及3D打印系统设备本身的误差。从断层图像序列的获取经过图像处理到三维重建的CAD模型再到最终打印的实体模型的整个过程都会使实体模型的准确度变得难以控制。因此减少误差提高生物模型的制造精度成为亟待解决的问题。

通过面绘制或者体绘制进行断层图像数据的三维重建，重构出3D打印需要的模型。在重建效果、算法时间和计算复杂性等方面，都存在很大的问题需要进一步解决。虽然体绘制出的三维模型，结果的保真性大为提高。但从交互性能和算法效率上讲，至少在目前的硬件平台上，显示处理速度非常慢，不能满足实时交互的要求，而且经体绘制的模型不能进行3D打印。面绘制是采用中间几何曲面逼近实体模型表面的技术，其中通过将相邻切片的轮廓连接生成物体表面的重建方法，在确定多分支轮廓线在相邻切片间的拓扑关系以及分支顶点的连接关系方面比较困难，至今尚未彻底解决。虽然基于体素的三维重建方法是根据指定的阈值构造出相应的等值面重构实体表面，避免了上述困难，但是不能很好的解决体素构型的二义性，这会导致构造的等值面片与相邻体素的等值面片拼接时会出现错位，不能满足拓扑一致性。此外，对三维模型进行3D打印的过程中，对模型的分层离散处理是必不可少的环节，这就需要进行大量的求交计算。通过对断层图像数据的三维重建到三维模型的分层离散处理，使从CT断层数据到3D打印的整个过程更加复杂。因此减少整个过程的复杂性提高生物模型的制备时间成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决技术问题是：克服上述技术的缺点，提供一种可以简化医学断层图像的3D打印流程、高精度、高打印效率的直接从医学断层图像进行3D打印实体的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种基于医学断层图像直接3D打印实体的方法，包括以下步骤：

第一步、获取待打印实体的医学断层图像序列，从每一层医学断层图像均提取出所有的目标区域，所述目标区域是该层医学断层图像中所有连续的非空区域；

第二步、从第一层医学断层图像中找出待打印目标区域，并依次从余下的医学断层图像中找出与上一层医学断层图像待打印目标区域相匹配的目标区域，即得到该层医学断层图像的待打印目标区域；

第三步、对任意相邻两层医学断层图像中的待打印目标区域根据预设需插值的层数进行层间插值，得到相邻两层医学断层图像层间的待打印目标区域；

第四步、对所有待打印目标区域进行3D打印，即得到所需的实体。

本发明中实体是指3D打印成形的生物模型，目标区域是指每层医学断层图像中所有连续的非空区域，待打印目标区域是指每层医学断层图像中的投影区域。

本发明带来的有益效果是：