[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

摘要

本发明涉及可实现心脏内外结构的实体化心脏3D模型制作方法，能克服现有技术之缺陷，1、对病人进行心脏部位扫描，获得医学影像数据，形成DICOM文件；2、用Mimics软件识别步骤1中的DICOM文件并保存，形成计算机识别的.mcs文件；3、在软件内提取不同的数据模板；4、对步骤3中的存在空腔结构或图像不全或边界不清楚的模板进行处理，使模板清晰完整；5、通过各模板之间添加、删除、分离或合并形成需要的模板；6、对步骤5中形成的3D图像进行处理，使3D图像外部光滑和内部图像模板的完整性，形成STL文件；7、将步骤6中处理好的数据导入3D激光打印机中，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。

主权项

一种可实现内外结构的实体化心脏3D模型制作方法，其步骤为：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0.9 mm、切片数量为150~200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0.45 mm层厚，形成DICOM文件；步骤2、提取数据：将步骤1增强CT、MRI工作平台扫描心血管系统所得的DICOM格式数据依次导入Mimics软件中，确定视角方向，病变部位在Mimics软件中的Organize Images命令下选择病变所在层数范围确定需要的影像部位，形成计算机识别的.mcs新文件并保存；步骤3、形成模板：CT数值显示256灰度数值，不能形成多部位多层次准确观察，通过Mimics 软件中的Pseudo colors命令显示彩色的图谱，放大观察心脏各部位视窗变化情况，观察各组织视窗及组织、病变范围及边界情况；使用Mimics软件根据CT及MRI的成像原理，根据不同组织模板成像范围使用Profile Line/形成模板范围或Measure Density inside Ellipse/区域模板范围或调节模板范围送视觉观察边界覆盖情况，提取数据可以包括心腔内造影剂、各腔心肌、覆盖脂肪，得到不同的视窗模板的心脏模板；步骤4、模板修复：首先Mimics 软件中的的Profile line命令画线确定选择提取部位的模板视窗范围或Mimics 软件中的Measure Density inside Rectang命令通过方框组织平均数寻则视窗范围；步骤5、编辑模板生成“病变”模板：分割出心血管系统区域：经Mimics 软件中的再利用区域生长（regiongrowing ）及动态区域生长（dynamic region growing）算法对目标区域进行粗分割，分割出心血管系统区域；删除图像干扰因素：利用编辑（Edit）功能进行精细分割，至清晰显示心血管系统各个部分，具体为：a、删除外部干扰因素：心脏造影密度同骨密度有交叉的视窗范围，心肌、脂肪组织在同层面都有相似区域的组织结构相互交叉，主要去掉胸骨柄、胸廓、降主动脉和脊柱，由于视窗范围相互交错导致模板图像包含不需要的结构：.距离远的使用Mimics软件中的Crop Mask命令通过划定范围将不需要的模板部分删除；. 对经Calculate polylines命令生成的三维图像，手工划出不需要的范围，删除不要的部分；.计算机不能识别模板交叉距离近的部位应在放大镜8~16倍的作用下人工修复模板；b、修补内部结构干扰因素：心脏造影剂心脏聚集不齐，心脏内结构复杂，有肌柱、肌束、乳头肌、瓣膜和流出道影响及干扰造影剂填充心腔；由于造影剂不均匀，模板形成不完整导致上述结构边界显示不清，使用编辑（Edit）功能进行精细分割，手工操作和计算机命令相互配合逐层完成模板提取、修复；分离心脏中心脏造影剂保留正常组织结构，从而消除造影剂对心脏内部成像的干扰及完成内部病变结构准确提取；运行“波尔”运算公式对模板进行“加”、“减”或“合并”操作获得需要的模板；“波尔”运算公式模板相互融合和删除：将涉及的心脏模板 “减去”造影剂模板形成需要心腔的心脏模板；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，具体为、将不同部位的模板合并形成同一块模板并用smooth命令进行光滑处理和划分网格处理3‑matic；Zbrush雕刻软件也可以完成内部及表面光滑处理图像；、Calculate 3D形成计算机三维模型数据STL+；、Geomagic Studio 中，用目测观察手动删除明显的噪声点，然后再利用减少噪声工具，选择自由曲面性状，将平滑水平置于中间水平，迭代次数是3，偏差限制为9.4647，在此范围内可以根据图像清晰程度自由设置，使用geomagic软件来识别stl文件，可以观察内部结构和进行数据测量；、图像再优化：利用图像处理软件Photoshop 和三维软件3ds Max，将重建好的心脏表面模型和心脏肌肉表面血管导入到3ds Max中进行后期处理，包括模型整理，纹理映射，建立血管模型，烘焙和输出光线贴图；、心脏病变部位透视利于观察：用maya软件或Geomagic软件测量心脏内部；、3D模型：只打印病变部位，可用计算机图像分割软件，Mimics 软件、maya软件、Zbrush雕刻软件或Geomagic软件对形成的3D数据进行分割处理，分割出需要的病变部位；、3D打印模型机打印医学STL文件：心脏模型不仅需要内膜，还有外模包括两层膜之间的肌肉，3D打印只识别简单的内外两层膜，中间组织不识别，这是3D打印“镂空”效应，进行翻转逆向操作或用软件补充；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，打印出心脏模型。