[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于腎結(jié)石手術(shù)模擬教學(xué)的3D腎臟模型打印方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510409827.2
• 申請(qǐng)日: 2015-07-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105105847A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 湯潤(rùn);朱海濤;汪洋;孫曉青
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 湯潤(rùn)
• 主分類(lèi)號(hào): A61B19/00
• 分類(lèi)號(hào): A61B19/00;G09B23/30;B33Y10/00;B33Y30/00;G06T17/00;G06F17/18
• 代理公司: 淮安市科文知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 32223
• 代理人: 李鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于用醫(yī)療輔助器械設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于腎結(jié)石手術(shù)模擬教學(xué)的3D腎臟模型打印方法。

背景技術(shù)

泌尿系結(jié)石是泌尿科的常見(jiàn)病之一，占泌尿科住院人數(shù)的首位。自1976年Fernstrom等首先應(yīng)用腎鏡通過(guò)經(jīng)皮穿刺擴(kuò)張的腎造瘺通道進(jìn)行腎盂結(jié)石取石術(shù)獲得成功，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，目前經(jīng)皮腎鏡碎石術(shù)（PCNL）已經(jīng)成為治療大結(jié)石、多發(fā)結(jié)石或下盞結(jié)石的金標(biāo)準(zhǔn)。PCNL作為有效和安全的微創(chuàng)手術(shù)，但又有其特殊的并發(fā)癥。術(shù)中、術(shù)后大出血的發(fā)生率約為13.7%，結(jié)腸、脾臟、肝臟損傷的發(fā)生率約為0.4%。最大程度提高手術(shù)碎石率和減少并發(fā)癥成為PCNL發(fā)展和研究的熱點(diǎn)。因此作為一種難度較大，風(fēng)險(xiǎn)較高的手術(shù)術(shù)式。在這個(gè)手術(shù)中醫(yī)師選擇最佳穿刺點(diǎn)是手術(shù)中的難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，而目前醫(yī)師在常規(guī)手術(shù)中只能通過(guò)術(shù)前二維CT圖像和術(shù)中B超定位來(lái)尋找穿刺點(diǎn)，缺少病人腎臟和結(jié)石的三維立體認(rèn)識(shí)。而三維立體的解剖結(jié)構(gòu)對(duì)于手術(shù)卻是非常重要的。這就要求醫(yī)師擁有豐富臨床手術(shù)經(jīng)驗(yàn)與訓(xùn)練時(shí)間，才能夠通過(guò)二維圖像在腦海中形成三維立體圖形。這不僅要求長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練，還很容易漏掉一些小的解剖結(jié)構(gòu)，在一些疑難、存在解剖變異的情況下更容易發(fā)生危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于腎結(jié)石手術(shù)模擬教學(xué)的3D腎臟模型打印方法，本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有經(jīng)皮腎鏡碎石術(shù)作為作為有效和安全的微創(chuàng)手術(shù)，醫(yī)師選擇最佳穿刺點(diǎn)是手術(shù)中的難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，而目前醫(yī)師在手術(shù)中只能通過(guò)術(shù)前二維CT圖像和術(shù)中B超定位來(lái)尋找穿刺點(diǎn)，缺少病人腎臟和結(jié)石的三維立體認(rèn)識(shí)，想通過(guò)二維圖像在腦海中形成三維立體圖形，這不僅要求長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練，還很容易漏掉一些小的解剖結(jié)構(gòu)，在一些疑難、存在解剖變異的情況下更容易發(fā)生危險(xiǎn)的問(wèn)題。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種用于腎結(jié)石手術(shù)模擬教學(xué)的3D腎臟模型打印方法，使用MIMICS軟件利用CTU的平掃期獲得高密度的結(jié)石三維重建模型、通過(guò)動(dòng)靜脈增強(qiáng)期獲得腎臟皮質(zhì)及動(dòng)靜脈血管的三維重建模型、通過(guò)腎盂分泌增強(qiáng)期獲得腎盂及輸尿管的三維重建模型，從而獲得包括腎皮質(zhì)、腎髓質(zhì)、腎動(dòng)靜脈、腎盂腎盞、輸尿管的腎臟三維重建模型，并最終通過(guò)將各個(gè)部分的三維重建模型組合在一起獲得一個(gè)完整的腎臟三維重建模型；上述方法包括如下步驟：

1）患者常規(guī)進(jìn)行CT尿路造影，CT尿路造影包括平掃期、動(dòng)靜脈期、排泄期；在平掃期，結(jié)石及肋骨的灰度值較高，明顯區(qū)分于結(jié)石周?chē)浗M織；在動(dòng)靜脈期，主動(dòng)脈、腎動(dòng)靜脈及腎臟皮質(zhì)的灰度值較高，明顯區(qū)分于腎盂腎盞及輸尿管；在排泄期，腎盂腎盞及輸尿管因?yàn)樵煊皠┑脑蛞渤奢^高灰度值，區(qū)分于其他軟組織，CT尿路造影數(shù)據(jù)采用Dicom格式保存，并通過(guò)光盤(pán)刻錄數(shù)據(jù)；

2）將步驟1中儲(chǔ)存CT尿路造影數(shù)據(jù)的光盤(pán)導(dǎo)入裝有Mimics軟件的電腦中，使用Mimics軟件中的閾值選取技術(shù)，分別對(duì)CT尿路造影中三個(gè)期中表現(xiàn)為高灰度值的結(jié)石及肋骨、腎臟皮質(zhì)及動(dòng)靜脈、腎盂腎盞及輸尿管進(jìn)行灰度值選取，并獲得它們的灰度值范圍,具體數(shù)據(jù)分別如下：結(jié)石及肋骨灰度值范圍226～1607Hu、腎臟皮質(zhì)及動(dòng)靜脈灰度值范圍112～1171Hu、腎盂腎盞及輸尿管灰度值范圍226～1627Hu；

3）利用Mimics軟件的區(qū)域增長(zhǎng)技術(shù)依次對(duì)步驟2中三個(gè)期根據(jù)確定的密度值范圍選取多個(gè)層面的解剖結(jié)構(gòu)使之成為一個(gè)完整的器官，對(duì)于因密度問(wèn)題沒(méi)有被選中的腎臟部分進(jìn)行手動(dòng)添加，最后點(diǎn)擊Mimics軟件中Calculate3DfromMask按鈕分別三維重建出被選中的密度值范圍內(nèi)的器官圖形；

4）通過(guò)Mimics軟件的多層編輯修飾、透明化、光滑處理技術(shù)修飾所有Mask的光滑度、透明度，刪除腎臟以外的圖形，分別得到CT尿路造影三個(gè)期的圖形為Msak1、Mask2、Mask3，再將Msak1、Mask2、Mask3組成一個(gè)完整的腎臟，在組合好的腎臟中，去除腎臟髓質(zhì)部分以更加直觀地顯示腎臟內(nèi)部結(jié)構(gòu)；

5）將重建好的3D腎臟模型保存，保存的格式為STL格式；

6）將步驟5中的STL格式文件導(dǎo)入3D打印機(jī)中，調(diào)試好3D打印機(jī)后由3D打印機(jī)自動(dòng)打印出來(lái)完整的3D腎臟模型。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供了一種新的人體腎臟復(fù)制品模型作為一種可以輔助到手術(shù)的手術(shù)器材或模擬教學(xué)品，有了這種患者的1:13D打印模型，不僅可以直觀地讓醫(yī)師了解到腎臟的解剖結(jié)構(gòu)，還能夠?yàn)槟贻p醫(yī)師的教學(xué)，訓(xùn)練提供幫助；