一種能夠進行3d打印的人體器官的三維建模方法
【專利摘要】一種能夠進行3D打印的人體器官的三維建模方法，包括：獲得組織器官醫(yī)學圖像；將組織器官醫(yī)學圖像在軸向、矢狀和冠狀三個方向上同時生成三個相同器官的軸向二維圖、矢狀二維圖和冠狀二維圖像；對上述圖像分別相應(yīng)的進行軸向面圖像分離、矢狀軸向面圖像分離和冠狀軸向面圖像分離；對圖像分離結(jié)果進行二維圖像的三維融合；判斷融合是否生效；在醫(yī)學圖像處理軟件中對三維圖像進行三維圖像表面特征提取，生成單獨的文件加入到模型中，并保存為STL格式文件；對模型表面進行平滑處理和潤色處理；生成為能夠三維打印的文件并進行三維打?。慌袛啻蛴〕龅哪Ｐ褪欠裾鎸崱１景l(fā)明的方法打印出的模型不但表面特征逼真，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也與人體結(jié)構(gòu)完全一致。
【專利說明】一種能夠進行3D打印的人體器官的三維建模方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種三維建模方法。特別是涉及一種能夠進行3D打印的人體器官的 三維建模方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 國內(nèi)尚未有此成型的人體器官的3D建模并可打印成實物模型的技術(shù)?；局共?于三維重建，而且重建技術(shù)也僅限于輪廓的重建，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)無法探測，如專利申請?zhí)枮?200410089299. 9的基于圖像輪廓的人肢體三維建模方法，其是采用旋轉(zhuǎn)圓錐曲面建立人肢 體三維模型，由關(guān)節(jié)點和連接點的線段組成骨架層代表人肢體的骨架結(jié)構(gòu)，皮膚層用旋轉(zhuǎn) 圓錐曲面表示，每個肢體只需調(diào)整兩個變形參數(shù)就能反映出人肢體皮膚變形。其只是一種 僅限于人肢體輪廓的建模。
[0003] 醫(yī)學成像技術(shù)已經(jīng)由2D向3D甚至4D發(fā)展，3D/4D胎兒超聲掃描已經(jīng)相當普遍，但 3D醫(yī)學建模技術(shù)還處在萌芽階段。目前也有對人體組織器官進行三維成像，但僅僅是停留 在軟件模擬階段。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種將3D人體醫(yī)學圖像轉(zhuǎn)化為實物模型的 能夠進行3D打印的人體器官的三維建模方法。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種能夠進行3D打印的人體器官的三維建模方法， 包括如下步驟：
[0006] 1)獲得組織器官醫(yī)學圖像；
[0007] 2)將組織器官醫(yī)學圖像在軸向、矢狀和冠狀三個方向上同時生成三個相同器官的 軸向二維圖、矢狀二維圖和冠狀二維圖像；
[0008] 3)對步驟2)的結(jié)果分別相應(yīng)的進行軸向面圖像分離、矢狀軸向面圖像分離和冠 狀軸向面圖像分離；
[0009] 4)對步驟3)得到的圖像分離結(jié)果進行二維圖像的三維融合；
[0010] 5)判斷融合是否生效，是進入下一步驟，否則返回到步驟3);
[0011] 6)在醫(yī)學圖像處理軟件中對三維圖像進行三維圖像表面特征提取，生成單獨的文 件加入到模型中，并保存為STL格式文件；
[0012] 7)對模型表面進行平滑處理和潤色處理；
[0013] 8)生成為能夠三維打印的文件并進行三維打??；
[0014] 9)判斷打印出的模型是否真實，是則模型生成，否則返回到步驟3)。
[0015] 步驟1)所述的組織器官醫(yī)學圖像是采用核磁共振或超聲掃描的方式獲得DIC0M 格式的圖像文件并存儲。
[0016] 步驟2)是利用醫(yī)學圖像處理軟件Simpleware或Amira或Mimics完成的。
[0017] 步驟3)所述的圖像分離是在醫(yī)學圖像處理軟件Simpleware或Amira或Mimics 中進行。
[0018] 步驟4)所述的融合是將步驟3)得到的三組圖像分離文件同時導入計算機輔助設(shè) 計軟件Solidworks中進行人工修整融合，得到模型。
[0019] 步驟5)所述的融合是否生效，是指融合的模型反映出真實的器官輪廓。
[0020] 步驟7)所述的對模型表面進行平滑處理和潤色處理，是將STL格式文件導入Auto CAD軟件中進行平滑及潤色。
[0021] 步驟8)所述的三維打印，是選用精度從30微米?300微米的三維打印機。
[0022] 本發(fā)明的一種能夠進行3D打印的人體器官的三維建模方法，是利用醫(yī)學透視成 像技術(shù)，對人體器官進行二維逐層掃描或三維掃描，再對圖像數(shù)據(jù)進行整合，采用本發(fā)明的 方法打印出的模型不但表面特征逼真，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也與人體結(jié)構(gòu)完全一致。其精度視采用 的三維打印機不同，使用以環(huán)?？稍偕腜LA硬質(zhì)塑料為主要打印材料的桌面級打印機其 精度可達1〇〇微米。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是一種能夠進行3D打印的人體器官的三維建模方法的圖。

【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的一種能夠進行3D打印的人體器官的三維建模 方法做出詳細說明。
[0025] 如圖1所示，本發(fā)明的一種能夠進行3D打印的人體器官的三維建模方法，包括如 下步驟：
[0026] 1)獲得組織器官醫(yī)學圖像，
[0027] 所述的組織器官醫(yī)學圖像是采用核磁共振或超聲掃描的方式獲得DIC0M格式的 圖像文件并存儲；其中，
[0028] 核磁共振：
[0029] 以西門子3T掃描裝置為例，對人體全身或單個器官分別進行冠狀、矢狀、軸向掃 描，每層精度為1. 1X 1. 1mm，層厚3mm，層與層之前無間隔，分別得到三組不同掃描方式的 人體器官圖像，圖像以DIC0M格式存儲。此方法對核磁共振儀器沒有特殊要求，只要能在三 個方向上得到清晰圖像即可。
[0030] 超聲掃描：
[0031] 以麥迪遜多媒體動態(tài)四維彩超儀為例，此儀器可對人體器官和胎兒進行動態(tài)掃 描。當掃描完成后，將掃描生成的mvl格式文件導入麥迪遜圖像瀏覽軟件（3DXI PC Viewer) 將圖像導出，同樣存儲成DIC0M格式，方便進行下一步圖像處理。
[0032] 2)將組織器官醫(yī)學圖像利用醫(yī)學圖像處理軟件Simpleware或Amira或Mimics在 軸向、矢狀和冠狀三個方向上同時生成三個相同器官的軸向二維圖、矢狀二維圖和冠狀二 維圖像；
[0033] 3)對步驟2)的結(jié)果分別相應(yīng)的進行軸向面圖像分離、矢狀軸向面圖像分離和冠 狀軸向面圖像分離，所述的圖像分離是在醫(yī)學圖像處理軟件Simpleware或Amira或Mimics 中進行；
[0034] 具體是將DIC0M格式的圖像文件導入專業(yè)醫(yī)學圖像處理軟件Simpleware中進行 逐層分析與器官邊緣的提取，這一步非常重要，其最后器官邊緣提取的好壞直接影響到后 期三維器官整合的成敗。
[0035] 4)對步驟3)得到的圖像分離結(jié)果進行二維圖像的三維融合，
[0036] 所述的融合是將步驟3)得到的三組圖像分離文件同時導入計算機輔助設(shè)計軟件 Solidworks中進行人工修整融合，得到模型；
[0037] 具體是在軸向、矢狀、冠狀三個方向上同時生成三個相同器官的邊緣提取圖（STL 文件格式），將三組文件同時導入計算機輔助設(shè)計軟件（如Solidworks)中進行融合，以保 證模型能反映真實的器官輪廓。
[0038] 5)判斷融合是否生效，是進入下一步驟，否則返回到步驟3);
[0039] 所述的融合是否生效，是指融合的模型反映出真實的器官輪廓，如與真實器官相 差太多。
[0040] 6)在醫(yī)學圖像處理軟件中對三維圖像進行三維圖像表面特征提取，生成單獨的文 件加入到模型中，并保存為STL格式文件；
[0041] 7)對模型表面進行平滑處理和潤色處理，
[0042] 所述的對模型表面進行平滑處理和潤色處理，是將STL格式文件導入Auto CAD軟 件中進行平滑及潤色；
[0043] 如若模型融合成功，此時器官的分離與構(gòu)造已基本完成，但是器官的一些表面特 征仍需要加強，這時需要返回醫(yī)學圖像處理軟件中對圖像進行細節(jié)提取，比如胎兒的面部 特征，生成單獨的文件加入到模型之中。最終模型保存為STL文件格式，導入Auto CAD軟 件中進行平滑及潤色。
[0044] 8)生成為能夠三維打印的文件：視所使用的三維打印機不同，由STL文件轉(zhuǎn)換而 成的三維打印文件也不同。例如使用MakerBot第五代桌面打印機，生成的三維打印文件格 式為· makerbot，精度為100微米?300微米；
[0045] 9)判斷打印出的模型是否真實，是則模型生成，否則返回到步驟3)。
[0046] 打印出的模型應(yīng)立體生動，表面光滑，可真實反映人體器官的模樣，如若不滿足此 條件應(yīng)返回步驟3)重新處理。
[0047] 打印模型有時會需要支撐材料，去除支撐材料時應(yīng)小心謹慎，以不影響模型的外 觀為主要前提。
[0048] 采用本發(fā)明的一種能夠進行3D打印的人體器官的三維建模方法與3D打印機相結(jié) 合，將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為3D模型，生成的胎兒全身或面部局部模型可以作為新生兒父母留給 自己及家人紀念的又一個選擇，又因為其數(shù)據(jù)全部采自人體，由此生成的醫(yī)學模型也更加 逼真，對醫(yī)學教學模型的改進也有很大幫助。
【權(quán)利要求】
1. 一種能夠進行3D打印的人體器官的三維建模方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 獲得組織器官醫(yī)學圖像； 2) 將組織器官醫(yī)學圖像在軸向、矢狀和冠狀三個方向上同時生成三個相同器官的軸向 二維圖、矢狀二維圖和冠狀二維圖像； 3) 對步驟2)的結(jié)果分別相應(yīng)的進行軸向面圖像分離、矢狀軸向面圖像分離和冠狀軸 向面圖像分離； 4) 對步驟3)得到的圖像分離結(jié)果進行二維圖像的三維融合； 5) 判斷融合是否生效，是進入下一步驟，否則返回到步驟3); 6) 在醫(yī)學圖像處理軟件中對三維圖像進行三維圖像表面特征提取，生成單獨的文件加 入到模型中，并保存為STL格式文件； 7) 對模型表面進行平滑處理和潤色處理； 8) 生成為能夠三維打印的文件并進行三維打??； 9) 判斷打印出的模型是否真實，是則模型生成，否則返回到步驟3)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠進行3D打印的人體器官的三維建模方法，其特征在 于，步驟1)所述的組織器官醫(yī)學圖像是采用核磁共振或超聲掃描的方式獲得DICOM格式的 圖像文件并存儲。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠進行3D打印的人體器官的三維建模方法，其特征在 于，步驟2)是利用醫(yī)學圖像處理軟件Simpleware或Amira或Mimics完成的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠進行3D打印的人體器官的三維建模方法，其特征 在于，步驟3)所述的圖像分離是在醫(yī)學圖像處理軟件Simpleware或Amira或Mimics中進 行。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠進行3D打印的人體器官的三維建模方法，其特征在 于，步驟4)所述的融合是將步驟3)得到的三組圖像分離文件同時導入計算機輔助設(shè)計軟 件Solidworks中進行人工修整融合，得到模型。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠進行3D打印的人體器官的三維建模方法，其特征在 于，步驟5)所述的融合是否生效，是指融合的模型反映出真實的器官輪廓。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠進行3D打印的人體器官的三維建模方法，其特征在 于，步驟7)所述的對模型表面進行平滑處理和潤色處理，是將STL格式文件導入Auto CAD 軟件中進行平滑及潤色。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠進行3D打印的人體器官的三維建模方法，其特征在 于，步驟8)所述的三維打印，是選用精度從30微米?300微米的三維打印機。
【文檔編號】G06T17/00GK104123752SQ201410362406
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】魏程 申請人:魏程