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：獲得組織器官醫學圖像；將組織器官醫學圖像在軸向、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；對圖像分離結果進行二維圖像的三維融合；判斷融合是否生效；在醫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??；判斷打印出的模型是否真實。本發明的方法打印出的模型不但表面特征逼真，其內部結構也與人體結構完全一致。
【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

【技術領域】
[0001] 本發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】
[0002] 國內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?；局共?于三維重建，而且重建技術也僅限于輪廓的重建，其內部結構無法探測，如專利申請號為 200410089299. 9的基于圖像輪廓的人肢體三維建模方法，其是采用旋轉圓錐曲面建立人肢 體三維模型，由關節點和連接點的線段組成骨架層代表人肢體的骨架結構，皮膚層用旋轉 圓錐曲面表示，每個肢體只需調整兩個變形參數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] 醫學成像技術已經由2D向3D甚至4D發展，3D/4D胎兒超聲掃描已經相當普遍，但 3D醫學建模技術還處在萌芽階段。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。


【發明內容】

[0004] 本發明所要解決的技術問題是，提供一種將3D人體醫學圖像轉化為實物模型的 能夠進行3D打印的人體器官的三維建模方法。
[0005] 本發明所采用的技術方案是：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)獲得組織器官醫學圖像；
[0007] 2)將組織器官醫學圖像在軸向、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)的結果分別相應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?。?br> [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 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，是利用醫學透視成 像技術，對人體器官進行二維逐層掃描或三維掃描，再對圖像數據進行整合，采用本發明的 方法打印出的模型不但表面特征逼真，其內部結構也與人體結構完全一致。其精度視采用 的三維打印機不同，使用以環?？稍偕腜LA硬質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] 下面結合實施例和附圖對本發明的一種能夠進行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)獲得組織器官醫學圖像，
[0027] 所述的組織器官醫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四維彩超儀為例，此儀器可對人體器官和胎兒進行動態掃 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)將組織器官醫學圖像利用醫學圖像處理軟件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)的結果分別相應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醫學圖像處理軟件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，這時需要返回醫學圖像處理軟件中對圖像進行細節提取，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，去除支撐材料時應小心謹慎，以不影響模型的外 觀為主要前提。
[0048] 采用本發明的一種能夠進行3D打印的人體器官的三維建模方法與3D打印機相結 合，將模擬數據轉化為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，又因為其數據全部采自人體，由此生成的醫學模型也更加 逼真，對醫學教學模型的改進也有很大幫助。
【權利要求】
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) 獲得組織器官醫學圖像； 2) 將組織器官醫學圖像在軸向、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)的結果分別相應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. 根據權利要求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. 根據權利要求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)是利用醫學圖像處理軟件Simpleware或Amira或Mimics完成的。
4. 根據權利要求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學圖像處理軟件Simpleware或Amira或Mimics中進 行。
5. 根據權利要求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計軟 件Solidworks中進行人工修整融合，得到模型。
6. 根據權利要求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. 根據權利要求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. 根據權利要求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 優先權日:2014年7月28日
【發明者】魏程 申請人:魏程