[发明专利]一种3D打印，模具灌封获得人体脑颅模型的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种人体脑颅模型的制备方法，尤其是利用3D打印，模具成型，灌封，以及计算机辅助设计病人人体脑颅模型的方法。

背景技术

由于各种颅内血管，肿瘤性疾病，比如血管瘤，胶质瘤，脑膜瘤，垂体瘤，或其他各式各样的血管及肿瘤疾病，病人需要进行开颅手术，这些疾病威胁着病人的生命，由于颅内血管，神经密布，尤其是颅底部位，任何术中失误均会导致手术失败，因此，对病人脑颅内肿瘤及周边血管情况的把握就变得至关重要。医学界，学术界和产业界对颅内脑瘤手术的术前信息采集和处理的研究已做了数十年的努力。随着3D打印技术的发展，基于3D打印来还原颅内各组织的状态，尤其是血管和肿瘤，成了临床发展方向，而这个技术的实现必须是基于医学图像的3D建模和机加工技术相结合才得以实现。

目前，人体模型的制备方法，有如下几种：

标准模型：这是用于教学的标准人体模型，用于展示人体各部位的解剖关系，比如规格，肌肉，皮肤，血管等等，这对医生手术有基础的指导作用，但和具体需要手术的病人没有相关性

3D打印：自从3D打印机被发明以来，即用于医学研究，用于打印医生感兴趣的组织，比如骨骼，心脏，血管等独立的组织，这些技术进展为临床提供相当大的帮助。然而，对于一个完整的人体，除了病变部位之外，我们还需要其他相关组织的情况，并完整的将这些组织之间的关系表达出来，这些仅仅靠3D打印一个技术是无法完成的，需要模具成型，灌封等等技术进行组装处理，从而给医生一个完整的病人解刨关系。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为肿瘤病人，尤其是位于颅底的肿瘤病人，或贯穿颅底，颅外的肿瘤病人，提供符合其个性化需要的，精确的病人头颅模型，该模型涵盖一个脑颅所必须的四个组成部分，皮肤，颅骨，血管和肿瘤。

为实现上述目的，本发明根据病人的脑颅CTA(计算机断层扫描血管造影)数据，提取皮肤，颅骨，血管和肿瘤的数据集，根据这些数据集，设计皮肤，肿瘤成型所需要的模具，将模具数据输入3D打印机或数控机床加工依设计所需要的成型模具，选择3D打印机还是数控机床制作模具取决于医生对医学模型的精准度及光滑度要求，数控机床制作的模具更加精准和光滑，但时间较长，成本也较高。最后，经由模具灌封皮肤，肿瘤材料制作出所需要的组织。颅骨和血管可经由3D打印机直接打印，通常无需制作模具成型。制作出来的皮肤，肿瘤，颅骨，血管进行组装，然后注入灌封材料，固化成型。

本发明的具体步骤如下，发明过程方法流程可见参考图1：

1.计算机读取病人的CTA数据

2.将病人颅骨的CTA数据在冠状位，矢状位和轴位进行病人的图像重建。生成病人的三个相位断面图，调整窗宽窗位，直至肿瘤，血管，骨骼和皮肤可以被分辨识别。然后经过组织提取，分别获得肿瘤，血管，骨骼和皮肤的数据集。皮肤和骨骼的采集是基于阈值分割算法，血管和肿瘤的采集是基于区域生长算法。

首先，关于阈值分割算法：

对于颅骨来说，我们通常以CT值226作为密度区分的下限，但这只是经验值，具体的数值可以根据病人实际骨密度的不同而重新定义，颅骨的上限可以以CTA数据扫描的最高CT值为上限，这是指普通的病人，如果，颅内植入其他异物，比如钛合金修复体，可以 另行处理。对于皮肤来说，可以选取CT值-150为下限，这是低于人体内所有软组织的CT值同时又高于空气的CT值，用于界定乃外皮肤。然后我们通过以下算法获取所有的符合条件的像素集合：

其中d为最D_ij点的最初密度值(density)，vs为阈值的下限，vm为阈值的上限，这样我们就获得了所需要组织的数据集，然而，这些并不足以保证所需要的而组织被成功的识别，必须配合窗宽窗位及颜色区分，才能将所需要的组织采集出来，这个过程由以下算法所描述

windowCenter：窗位

windowWidth：窗宽

wl：下限；wh：上限

wl＝(windowCenter-windowWidth)/2)；

wh＝(windowCenter+windowWidth)/2)；

dC＝(255/windowWidth*(d-wl))；