基于三维重建技术的头部数字模型和多级导板的制备方法
专利汇可以提供基于三维重建技术的头部数字模型和多级导板的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种基于 三维重建 技术的头部数字模型和多级导板的制备方法，它括如下步骤：1、将患者术前的头部三维CT数据进行加工后建立数字化三维数据模型，患者头表面部三维结构，颅骨三维，血肿体积分析，还原 疾病 原始状态；2、通过分析头面部三维结构 定位 、设计匹配点、计算血肿量，制定颅内穿刺引流置管方案，并对头面部三维结构、术前颅骨三维、颅内穿刺术前匹配1级导板、术中装配穿刺引流2级导板进行 三维建模 ；3、使用3D 打印机 制作颅内穿刺术前匹配1级导板、术中装配穿刺引流2级导板模型；4、上述导板和模型整合并检验，若不合格则重新设计，若合格则将导板和模型消毒后投入手术；本 发明 可提高颅内穿刺 精度 ，减少手术损伤、缩短手术时间、提高颅内穿刺成功率、降低失败率。，下面是基于三维重建技术的头部数字模型和多级导板的制备方法专利的具体信息内容。
1.一种基于三维重建技术的头部数字模型和多级导板的制备方法，其特征是：所述方法包括如下步骤：
步骤 、将患者术前的头部三维CT数据进行加工后建立数字化三维数据模型，患者头表面部三维结构，颅骨三维，血肿体积分析，还原疾病原始状态；
其中，对头部体表面部三维结构，颅骨三维CT数据进行加工后建立数字化三维数据模型的具体操作为： 图像导入→阈值划分(特定组织提取)→三维重建模型生成→计算机辅助设计(测量、设计导板，设计多级匹配等)→3D打印；
步骤 、通过分析头面部三维结构定位、设计匹配点、计算血肿量，制定颅内穿刺引流置管方案，并对头面部三维结构、术前颅骨三维、颅内穿刺术前匹配1级导板、术中装配穿刺引流2级导板进行三维建模；
其中，CT数据噪声校正：因CT原始数据无法避免噪声的影响，三维重建后的数字模型在阈值分割时，有部分噪声引起的间隙存在，因而最终得出的三维模型会有很多空洞；通过三维软件对模型进行修复，补洞后可以选择需要测量的地方测量三维模型的体积，从而得出准确三维体积；
颅内穿刺术前匹配1级导板：
通过3-matic等三维软件，选择头面部三维模型，通过选择头面部特征突出且不易变形标记范围，一般选择：鼻根-鼻尖、眼眶上缘、颧骨、耳廓等进行特征标记。
2.术中装配穿刺引流2级导板：
通过3-matic等三维软件，在颅内穿刺术前匹配1级导板的基础上，缩小导板面积，做好相应标记与颅内穿刺术前匹配1级导板相匹配；
步骤 、使用3D打印机制作颅内穿刺术前匹配1级导板、术中装配穿刺引流2级导板模型；
其中，制作模型的材料采用医用高分子材料，具体为聚乳酸PLA材料；
步骤 、上述导板和模型整合并检验，若不合格则重新设计，若合格则将导板和模型消毒后投入手术；
其中，具体的检验标准为：所有导板和模型在3D打印出来的第一时间将接受“产品与设计图是否吻合的检测”，采用人工判断，如果产品的形状、结构、质地等性状不合格，则进行再加工和改进，严重不合格者则调整设计参数后重新制作产品；
将“颅内穿刺术前匹配1级导板、术中装配穿刺引流2级导板”依次进行手术模拟试验，观察各导板与各模型之间是否能正确顺畅地组合，如果有不顺利的情况，则再加工，或重新制作。
3.根据权利要求1所述的基于三维重建技术的头部数字模型和多级导板的制备方法， 其特征是：所述步骤（一）的具体操作方法如下：
1)图像导入：
利用mimics和E-3D等三维重建软件，支持DICOM标准的薄层扫描图像，病人通过CT 或者MRI检查后，可以导出此格式的图像；
2)阈值划分：
CT扫描图像的灰度值反应的是组织对于X线的不同衰减系数；阈值分割方法是基于灰度图像的一种计算操作，在设定阈值范围内的组织被保留，其他的被去除；
3)三维重建模型生成：
在MIMICS和E-3D软件中，则是通过三维基元的体数据来描述物体，通过CT等断层扫描设备得到病患的体数据后，通过阈值分割来得到物体的三维蒙板，基于三维蒙板计算三维模型的过程就是三维重建；
4)计算机辅助设计：
根据病患三维模型的实际情况，进行虚拟手术设计；通过CAD，3-matic，MAGICS等辅助工具或者软件设计出合适的导板或植入物等，参与到手术过程，辅助医生进行手术；
5)3D打印：
3D打印技术也叫增量制造，指由数字模型直接驱动的，运用金属、塑料、陶瓷、树脂、蜡、纸、砂等可粘合材料，在快速成形设备里通过逐层叠加的方式来构造物理实体的技术；把三维重建好的病患模型以及设计好的导板模型放入快速成型设备，最终得到1:1的实体。
4.根据权利要求1所述的基于三维重建技术的头部数字模型和多级导板的制备方法， 其特征是：所述方法还包括如下步骤：
步骤 ，通过患者术前的头部三维CT数据进行加工后建立数字化三维数据，步骤 ，通过MIMICS软件，确定头面部钻孔入路切口、颅骨钻孔位置、颅内穿刺置管的方向、角度及深度，得到术前模拟置管位置，此病人最后设计从额叶进行颅内穿刺，步骤 ，得到模拟穿刺置管位置，通过3-Matic逆向工程软件设计面部匹配区域，步骤 、以鼻根-鼻尖、眼眶上缘、颧骨、耳廓等进行特征标记。
5.步骤 ，在以模拟置管区域位置附近的特征标记画出导板匹配范围，设计出术前匹配1级导板。
6.步骤 ，用3-Matic软件在术前匹配1级导板与术中装配穿刺引流2级导板相同区域设计三个共用的半径为5mm圆孔匹配点，以便术中装配穿刺引流2级导板在术中进行装配；
步骤 ，用3-Matic软件在装配穿刺引流2级导板上设计出模拟穿刺置管位置的半开口引导针道（引导针道半开口大小约为置管直径的2/3），半开口的作用第一保证穿刺方向、角度不发生改变，第二有利于置管后，2级导板与导管分离；
步骤 ，在模拟穿刺置管与头面部交界点设计半径为20mm，壁厚为3mm半球顶，半球顶作用是引导针道的支撑和解除导板表面与穿刺手术区域的直接接触，这样既可以防止穿刺手术区域因麻醉或外力形态改变而影响2级导板与头面部的匹配，而且可以降低导板与术区直接接触的感染风险；
步骤 ，在完成以上主要设计后，用3-Matic软件对2级导板进行边缘切割，保留主要功能区域，减小导板与表面接触面积，从而保证术中在较小的消毒面积下导板与手术区域精确匹配；上述设计完善后开始打印产品(术前设计+导板)最终产品。
基于三维重建技术的头部数字模型和多级导板的制备方法
技术领域
背景技术
所述3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的，常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
发明内容
其中，对头部体表面部三维结构，颅骨三维CT数据进行加工后建立数字化三维数据模型的具体操作为： 图像导入→阈值划分(特定组织提取)→三维重建模型生成→计算机辅助设计(测量、设计导板，设计多级匹配等)→3D打印；
具体操作方法如下：
1)图像导入：
利用mimics和E-3D等三维重建软件，支持DICOM标准的薄层扫描图像。病人通过CT 或者MRI检查后，可以导出此格式的图像；
2)阈值划分：
CT扫描图像的灰度值反应的是组织对于X线的不同衰减系数；阈值分割方法是基于灰度图像的一种计算操作，在设定阈值范围内的组织被保留，其他的被去除；
3)三维重建模型生成：
在MIMICS和E-3D软件中，则是通过三维基元的体数据来描述物体，通过CT等断层扫描设备得到病患的体数据后，通过阈值分割来得到物体的三维蒙板，基于三维蒙板计算三维模型的过程就是三维重建；
4)计算机辅助设计：
根据病患三维模型的实际情况，进行虚拟手术设计；通过CAD，3-matic，MAGICS等辅助工具或者软件设计出合适的导板或植入物等，参与到手术过程，辅助医生进行手术；
5)3D打印：
3D打印技术也叫增量制造，指由数字模型直接驱动的，运用金属、塑料、陶瓷、树脂、蜡、纸、砂等可粘合材料，在快速成形设备里通过逐层叠加的方式来构造物理实体的技术；把三维重建好的病患模型以及设计好的导板模型放入快速成型设备，最终得到1:1的实体；
步骤二、通过分析头面部三维结构定位、设计匹配点、计算血肿量，制定颅内穿刺引流置管方案，并对头面部三维结构、术前颅骨三维、颅内穿刺术前匹配1级导板、术中装配穿刺引流2级导板进行三维建模；
其中，CT数据噪声校正：因CT原始数据无法避免噪声的影响，三维重建后的数字模型在阈值分割时，有部分噪声引起的间隙存在，因而最终得出的三维模型会有很多空洞；通过三维软件对模型进行修复，补洞后可以选择需要测量的地方测量三维模型的体积，从而得出准确三维体积；
颅内穿刺术前匹配1级导板：
通过3-matic等三维软件，选择头面部三维模型，通过选择头面部特征突出且不易变形标记范围，一般选择：鼻根-鼻尖、眼眶上缘、颧骨、耳廓等进行特征标记。
步骤三、使用3D打印机制作颅内穿刺术前匹配1级导板、术中装配穿刺引流2级导板模型；
其中，制作模型的材料采用医用高分子材料，具体为聚乳酸PLA材料；
步骤四、上述导板和模型整合并检验，若不合格则重新设计，若合格则将导板和模型消毒后投入手术；
其中，具体的检验标准为：所有导板和模型在3D打印出来的第一时间将接受“产品与设计图是否吻合的检测”，采用人工判断，如果产品的形状、结构、质地等性状不合格，则进行再加工和改进，严重不合格者则调整设计参数后重新制作产品；
将“颅内穿刺术前匹配1级导板、术中装配穿刺引流2级导板”依次进行手术模拟试验，观察各导板与各模型之间是否能正确顺畅地组合，如果有不顺利的情况，则再加工，或重新制作。
2. 手术前能通过颅内穿刺术前匹配1级导板，将他们进行术前头面部匹配，提高颅内穿刺精度，
3. 术中装配穿刺引流2级导板可以快速确定颅内穿刺的定位、深度、角度，
4. 多级导板的应用实现精确手术方案、减少手术损伤、缩短手术时间、提高颅内穿刺成功率、降低传统颅内穿刺术的失败率。
附图说明
具体实施方式
步骤一、将患者术前的头部三维CT数据进行加工后建立数字化三维数据模型，患者头面部三维结构，颅骨三维，血肿体积分析，还原疾病原始状态；
其中，对头表面部三维结构，颅骨三维CT数据进行加工后建立数字化三维数据模型的具体操作为： 图像导入→阈值划分(特定组织提取)→三维重建模型生成→计算机辅助设计(测量、设计导板，设计多级匹配等)→3D打印；
具体步骤如下：
1)图像导入：
利用mimics和E-3D等三维重建软件，支持DICOM标准的薄层扫描图像。病人通过CT或者MRI检查后，可以导出此格式的图像；
2)阈值划分：
CT扫描图像的灰度值反应的是组织对于X线的不同衰减系数；阈值分割方法是基于灰度图像的一种计算操作，在设定阈值范围内的组织被保留，其他的被去除；
3)三维重建模型生成：
在MIMICS和E-3D软件中，则是通过三维基元的体数据来描述物体，通过CT等断层扫描设备得到病患的体数据后，通过阈值分割来得到物体的三维蒙板，基于三维蒙板计算三维模型的过程就是三维重建；
4)计算机辅助设计：
根据病患三维模型的实际情况，进行虚拟手术设计；通过CAD，3-matic，MAGICS等辅助工具或者软件设计出合适的导板或植入物等，参与到手术过程，辅助医生进行手术；
5)3D打印：
3D打印技术也叫增量制造，指由数字模型直接驱动的，运用金属、塑料、陶瓷、树脂、蜡、纸、砂等可粘合材料，在快速成形设备里通过逐层叠加的方式来构造物理实体的技术；把三维重建好的病患模型以及设计好的导板模型放入快速成型设备，最终得到1:1的实体；
步骤二、通过分析头面部三维结构定位、设计匹配点、计算血肿量，制定颅内穿刺引流置管方案，并对头面部三维结构、术前颅骨三维、颅内穿刺术前匹配1级导板、术中装配穿刺引流2级导板进行三维建模；
其中，CT数据噪声校正：
因CT原始数据无法避免噪声的影响，三维重建后的数字模型在阈值分割时，有部分噪声引起的间隙存在，因而最终得出的三维模型会有很多空洞；通过三维软件对模型进行修复，补洞后可以选择需要测量的地方测量三维模型的体积，从而得出准确三维体积；
颅内穿刺术前匹配1级导板：
通过3-matic等三维软件，选择头面部三维模型，通过选择头面部特征突出且不易变形标记范围，一般选择：鼻根-鼻尖、眼眶上缘、颧骨、耳廓等进行特征标记。
步骤三、使用3D打印机制作颅内穿刺术前匹配1级导板、术中装配穿刺引流2级导板模型；
其中，制作模型的材料采用医用高分子材料，具体为聚乳酸PLA材料；
步骤四、上述导板和模型整合并检验，若不合格则重新设计，若合格则将导板和模型消毒后投入手术；
其中，具体的检验标准为：所有导板和模型在3D打印出来的第一时间将接受“产品与设计图是否吻合的检测”，采用人工判断，如果产品的形状、结构、质地等性状不合格，则进行再加工和改进，严重不合格者则调整设计参数后重新制作产品；
将“颅内穿刺术前匹配1级导板、术中装配穿刺引流2级导板模型”依次进行手术模拟试验，观察各导板与各模型之间是否能正确顺畅地组合，如果有不顺利的情况，则再加工，或重新制作。
其 其中所述材质采用的是聚乳酸PLA材料，中文别名：聚丙交酯；分子式
(C3H4O2)n，
其 拉伸强度：
40-60MPa，完全满足颅内穿刺术前匹配1级导板、术中装配穿刺引流2级导板模型导板固定，面部匹配，辅助标记定点，术中装配等操作的强度要求；
熔点：155-185°C，通过低温消毒跟环氧乙烷等消毒方式不会产生变形等问题。
2、聚乳酸对家兔实验当中对家兔心、肝、肾的形态及功能无明显影响；而且局部组织学观察证明聚乳酸具有防粘连，诱导骨生成及逐步降解、吸引等特性。
步骤二，通过MIMICS软件，确定头面部钻孔入路切口、颅骨钻孔位置、颅内穿刺置管的方向、角度及深度，得到术前模拟置管位置，此病人最后设计从额叶进行颅内穿刺，步骤三，得到模拟穿刺置管位置，通过3-Matic逆向工程软件设计面部匹配区域，步骤四、以鼻根-鼻尖、眼眶上缘、颧骨、耳廓等进行特征标记；
步骤五，在以模拟置管区域位置附近的特征标记画出导板匹配范围，设计出术前匹配1级导板；
步骤六，用3-Matic软件在术前匹配1级导板与术中装配穿刺引流2级导板相同区域设计三个共用的半径为5mm圆孔匹配点，以便术中装配穿刺引流2级导板在术中进行装配；
步骤七，用3-Matic软件在装配穿刺引流2级导板上设计出模拟穿刺置管位置的半开口引导针道（引导针道半开口大小约为置管直径的2/3），半开口的作用第一保证穿刺方向、角度不发生改变，第二有利于置管后，2级导板与导管分离；
步骤八，在模拟穿刺置管与头面部交界点设计半径为20mm，壁厚为3mm半球顶，半球顶作用是引导针道的支撑和解除导板表面与穿刺手术区域的直接接触，这样既可以防止穿刺手术区域因麻醉或外力形态改变而影响2级导板与头面部的匹配，而且可以降低导板与术区直接接触的感染风险；
步骤九，在完成以上主要设计后，用3-Matic软件对2级导板进行边缘切割，保留主要功能区域，减小导板与表面接触面积，从而保证术中在较小的消毒面积下导板与手术区域精确匹配；
手术;
任意颅内穿刺术术前准备→1级导板与头面部特征标记点及皮肤表面贴合→把匹配好的1级导板上3个标记圆孔在皮肤表面做好标记→手术区消毒→皮肤入路口→颅骨钻孔→通过2级导板上与1级导板共用的3个标记圆孔与皮肤表面匹配→检查2级导板3个标记是否吻合→确定钻孔位置→进行钻孔→装配2级导板将引流管通过引导针道进入颅内穿刺局域→后续步骤与常规手术步骤相同。
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