[發明專利]一種3D打印，模具灌封獲得人體腦顱模型的方法

在審

• 申請號: 201610263855.2
• 申請日: 2016-04-26
• 公開（公告）號: CN107307905A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 陳華;陳晨;葉成坤
• 申請（專利權）人: 上海拓飛電氣有限公司
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種人體腦顱模型的制備方法，尤其是利用3D打印，模具成型，灌封，以及計算機輔助設計病人人體腦顱模型的方法。

背景技術

由于各種顱內血管，腫瘤性疾病，比如血管瘤，膠質瘤，腦膜瘤，垂體瘤，或其他各式各樣的血管及腫瘤疾病，病人需要進行開顱手術，這些疾病威脅著病人的生命，由于顱內血管，神經密布，尤其是顱底部位，任何術中失誤均會導致手術失敗，因此，對病人腦顱內腫瘤及周邊血管情況的把握就變得至關重要。醫學界，學術界和產業界對顱內腦瘤手術的術前信息采集和處理的研究已做了數十年的努力。隨著3D打印技術的發展，基于3D打印來還原顱內各組織的狀態，尤其是血管和腫瘤，成了臨床發展方向，而這個技術的實現必須是基于醫學圖像的3D建模和機加工技術相結合才得以實現。

目前，人體模型的制備方法，有如下幾種：

標準模型：這是用于教學的標準人體模型，用于展示人體各部位的解剖關系，比如規格，肌肉，皮膚，血管等等，這對醫生手術有基礎的指導作用，但和具體需要手術的病人沒有相關性

3D打?。鹤詮?D打印機被發明以來，即用于醫學研究，用于打印醫生感興趣的組織，比如骨骼，心臟，血管等獨立的組織，這些技術進展為臨床提供相當大的幫助。然而，對于一個完整的人體，除了病變部位之外，我們還需要其他相關組織的情況，并完整的將這些組織之間的關系表達出來，這些僅僅靠3D打印一個技術是無法完成的，需要模具成型，灌封等等技術進行組裝處理，從而給醫生一個完整的病人解刨關系。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：為腫瘤病人，尤其是位于顱底的腫瘤病人，或貫穿顱底，顱外的腫瘤病人，提供符合其個性化需要的，精確的病人頭顱模型，該模型涵蓋一個腦顱所必須的四個組成部分，皮膚，顱骨，血管和腫瘤。

為實現上述目的，本發明根據病人的腦顱CTA(計算機斷層掃描血管造影)數據，提取皮膚，顱骨，血管和腫瘤的數據集，根據這些數據集，設計皮膚，腫瘤成型所需要的模具，將模具數據輸入3D打印機或數控機床加工依設計所需要的成型模具，選擇3D打印機還是數控機床制作模具取決于醫生對醫學模型的精準度及光滑度要求，數控機床制作的模具更加精準和光滑，但時間較長，成本也較高。最后，經由模具灌封皮膚，腫瘤材料制作出所需要的組織。顱骨和血管可經由3D打印機直接打印，通常無需制作模具成型。制作出來的皮膚，腫瘤，顱骨，血管進行組裝，然后注入灌封材料，固化成型。

本發明的具體步驟如下，發明過程方法流程可見參考圖1：

1.計算機讀取病人的CTA數據

2.將病人顱骨的CTA數據在冠狀位，矢狀位和軸位進行病人的圖像重建。生成病人的三個相位斷面圖，調整窗寬窗位，直至腫瘤，血管，骨骼和皮膚可以被分辨識別。然后經過組織提取，分別獲得腫瘤，血管，骨骼和皮膚的數據集。皮膚和骨骼的采集是基于閾值分割算法，血管和腫瘤的采集是基于區域生長算法。

首先，關于閾值分割算法：

對于顱骨來說，我們通常以CT值226作為密度區分的下限，但這只是經驗值，具體的數值可以根據病人實際骨密度的不同而重新定義，顱骨的上限可以以CTA數據掃描的最高CT值為上限，這是指普通的病人，如果，顱內植入其他異物，比如鈦合金修復體，可以 另行處理。對于皮膚來說，可以選取CT值-150為下限，這是低于人體內所有軟組織的CT值同時又高于空氣的CT值，用于界定乃外皮膚。然后我們通過以下算法獲取所有的符合條件的像素集合：

其中d為最D_ij點的最初密度值(density)，vs為閾值的下限，vm為閾值的上限，這樣我們就獲得了所需要組織的數據集，然而，這些并不足以保證所需要的而組織被成功的識別，必須配合窗寬窗位及顏色區分，才能將所需要的組織采集出來，這個過程由以下算法所描述

windowCenter：窗位

windowWidth：窗寬

wl：下限；wh：上限

wl＝(windowCenter-windowWidth)/2)；

wh＝(windowCenter+windowWidth)/2)；

dC＝(255/windowWidth*(d-wl))；