一种个性化三维耳郭导板制备的方法
【技术领域】
[0001]本发明属医学图像处理技术领域，涉及一种个性化三维耳郭导板制备的方法，具体涉及从分割重建到耳郭导板制作的逆向工程系统，尤其涉及高适配度的个性化的三维耳郭导板制作，适用于耳科和整形外科中小耳畸形患者耳郭的再造。
【背景技术】
[0002]小耳畸形是耳科一种较为常见的出生缺陷，发病率为0.5/10000?1/10000。目前，小耳畸形患者的外观问题主要通过耳郭再造术来解决。然而，在人体表器官中，耳郭的形态最为复杂，因此耳郭再造手术一直是耳科和整形外科最富挑战性的课题之一。由于移植材料的组织相容性等问题，目前耳郭再造主要是采取自体肋软骨雕刻移植技术。采用二维胶片法，即在X光片上描绘正常耳郭的外形，对健侧耳郭的二维信息进行记录，然后以此为参照雕刻耳郭支架。但耳郭的外观是由其三维形态所决定，单独按二维模型雕刻出一个具有理想层次感和立体感的耳郭支架并对其进行定位主要依赖于术者的经验，对术者的空间感觉、审美能力也有极高的要求。因此，制备患侧的三维耳郭和导板模型对于提高耳郭再造水平具有重要意义。
[0003]Mimics软件是目前最常用的三维医学影像处理系统之一，能直接读取DICOM格式的影像数据，通过数据分割、提取等操作直接快速地生成三维数字模型，若连接3D打印机即可制造出三维实体模型。国内外学者对小耳畸形缺损修复方法也有报道，如:傅窈窈等在Mimics软件平台上对108例单侧先天性外中耳畸形患者的CT影像数据研究发现镜像处理对侧正常耳郭形态后均可获得患侧耳郭软骨支架的三维模型。吴国锋等联合采用Mimics软件和Geomagics软件对单侧耳郭缺失患者进行了缺耳反求设计。Jiao T等使用CT数据重建耳缺损患者健侧外耳的三维模型，并利用该模型完成了耳赝复体的计算机辅助设计，再使用分层实体制造了纸质实体模型，最后翻制为硅橡胶赝复体，该赝复体在形态上与患者健侧外耳非常相似，并且与缺损区匹配良好。张海林等应用三维测量方法构建了小耳畸形患者健侧耳郭的三维数字模型和与之完全对称的耳郭树脂实体模型。虽然这些研究运用了计算机辅助建模技术，但是由于操作步骤繁琐、冗长，不利于普通医生掌握和普及，另外，在具体操作过程中由于个体化差异的存在，使得这些模型很难在临床中应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为克服现有技术的缺陷，提供用于耳科和整形外科中小耳畸形患者个性化三维耳郭导板制作方法，具体涉及从分割重建到耳郭导板制作的逆向工程系统，尤其涉及一种个性化的高适配度的三维耳郭导板制备的方法。
[0005]在本发明方法中，采用正中矢状面和导板定位，结合Mimics软件对小耳畸形患者CT扫描获得的DICOM格式的图像数据进行分割、提取、重建等操作直接快速生成患侧耳郭和导板三维数字模型，并将其与3D打印机连接制造出了三维实体模型。不但有助于耳郭再造术中肋软骨的精细雕刻和组装，患侧再造耳的定位，还可用于术前耳郭整形效果的预测。
[0006]本发明方法结合患者健侧CT图像信息应用于耳郭和颜面部分割中，从而镜像重建出患侧耳郭和导板，并将重建数据以STL文件格式输入3D打印机，生产临床可使用的患侧耳郭和导板的三维实体模型，以小耳畸形患者CT扫描影像资料作为数据源，三维重建小耳畸形患者耳缺损部位的三维结构，并以STL文件格式输出，最后用快速成型技术制造相应的实体，经临床证实，所得实体模型与计算机三维重建模型一致，且与正常耳郭适配性、对称性良好，临床效果满意。
[0007]更具体的，本发明的一种高适配度的个性化三维耳郭导板制备的方法，按如下步骤实现:
[0008](I)将小耳畸形患者颞骨CT扫描获得的DICOM格式数据导入Mimics软件中，新建Mask，选择阈值范围为-435?330，界定软组织，提取健侧耳郭和颜面部的三维信息；
[0009](2)作一过鸡冠顶点、枕骨大孔后缘中点、枕外隆突点的正中矢状面为镜面，将健侧耳郭和颜面部的三维信息镜像至患侧，从而获得患侧重建耳郭和颜面部的三维数据；
[0010](3)应用“Morphology Operat1n”中的“Dilate”功能对患侧重建颜面部的Mask进行像素点的膨胀，得到新的颜面部Mask，再将新的颜面部Mask和患侧重建颜面部的Mask进行“Boolean”计算，并在此基础上进行旋转、切割等操作，切割时鼻部上缘以双内眦连线水平为标准，得到导板的三维信息；
[0011](4)将导板和患侧重建耳郭进行“Merge”操作，得到所需三维数字模型，即患侧耳郭和导板的三维数字模型；
[0012](5)患侧耳郭和导板的三维数字模型以STL格式导出，再将其导入3D打印机中，设置打印层厚为0.1mm，喷头流速为10.0m/s，喷头温度为25°C，即可生产出三维实体模型。
[0013]本发明提供了用于临床应用的患侧耳郭和导板的三维实体模型，是一种较现有技术的以二维胶片法(即在X光片上描绘正常耳郭的外形，对健侧耳郭的二维信息进行记录，然后以此为参照雕刻耳郭支架)更为优质的方法，本发明能明显提高现有耳郭修复技术的效度、精度及个体适配度，制备的患侧的三维耳郭和导板模型对于提高耳郭再造水平具有重要的临床意义。
[0014]本发明优点有:
[0015]1，本方法可应用于目前所有单侧小耳畸形患者的CT扫描数据，制作患侧耳郭和导板三维数字模型，并将其与3D打印机连接制造出了三维实体模型并应用于临床，不但有助于耳郭再造术中肋软骨的精细雕刻和组装，患侧再造耳的定位，还可用于术前耳郭整形效果的预测。
[0016]2，本方法采用正中矢状面作为镜面以及统一的导板制作标准，显著增加了图像重建的精确性以及小耳畸形患者个性化三维耳郭导板制作的个体适配性，也可避免CT扫描过程中由于头颅方位变化而引起的误差。
【附图说明】
[0017]图1是小耳畸形患者患侧(右侧)畸形耳郭三维重建图。
[0018]图2是小耳畸形患者健侧(左侧)正常耳郭三维重建图。
[0019]图3是佩戴重建耳郭和导板的示意图。
[0020]图4是患侧重建耳郭和导板示意图。
[0021]图5是正中矢状面和导板定位意图
[0022]图6是术中患侧重建耳郭和导板的三维实体模型效果图(显示整体)。
[0023]图7是术中患侧重建耳郭和导板的三维实体模型效果图(显示导板)。
[0024]图8是术中患侧重建耳郭和导板的三维实体模型效果图(显示耳郭)。
【具体实施方式】
[0025]实施例1:对小耳畸形患者个性化三维耳郭导板制备
[0026]首先将CT扫描获得的DICOM格式数据导入Mimics软件中，采用正中矢状面和导板定位，结合Mimics软件对图像数据进行分割、提取、重建等操作直接快速生成患侧耳郭和导板三维数字模型，并将其与3D打印机连接制造出了三维实体模型。具体包括步骤:
[0027]按图1、2所示，将小耳畸形患者颞骨CT扫描获得的DICOM格式数据导入Mimics软件中，新建Mask，选择阈值范围为-435?330，界定软组织，提取健侧耳郭和颜面部的三维信息；作一过鸡冠顶点、枕骨大孔后缘中点、枕外隆突点的正中矢状面为镜面，将健侧耳郭和颜面部的三维信息镜像至患侧，从而获得患侧重建耳郭和颜面部的三维数据。
[0028]按图3、4、5所示,应用“Morphology Operat1n”中的“Dilate”功能对患侧重建颜面部的Mask进行像素点的膨胀，得到新的颜面部Mask，再将新的颜面部Mask和患侧重建颜面部的Mask进行“Boolean”计算，并在此基础上进行旋转、切割等操作，切割时鼻部上缘以双内眦连线水平为标准，得到导板的三维信息；将导板和患侧重建耳郭进行“Merge”操作，得到所需三维数字模型，即患侧耳郭和导板的三维数字模型。
[0029]按图6、7、8所示，患侧耳郭和导板的三维数字模型以STL格式导出，再将其导入3D打印机中，设置打印层厚为0.1mm，喷头流速为10.0m/s，喷头温度为25°C，即可制得三维实体模型。
【主权项】
1.一种高适配度的个性化三维耳郭导板制备的方法，其特征在于:以小耳畸形患者的头颅CT扫描影像资料作为数据源，采用正中矢状面和导板定位，结合Mimics软件对小耳畸形患者CT扫描获得的DICOM格式的图像数据进行分割、提取、重建等操作直接快速生成患侧耳郭和导板三维数字模型，以STL文件格式输出，并将其与3D打印机连接制造出了患侧耳郭和导板三维实体模型，其包括步骤: (O将小耳畸形患者颞骨CT扫描获得的DICOM格式数据导入Mimics软件中，新建Mask，选择阈值范围为-435?330，界定软组织，提取健侧耳郭和颜面部的三维信息； (2)作一过鸡冠顶点、枕骨大孔后缘中点、枕外隆突点的正中矢状面为镜面，将健侧耳郭和颜面部的三维信息镜像至患侧，获得患侧重建耳郭和颜面部的三维数据； (3)应用“MorphologyOperat1n”中的“Dilate”功能对患侧重建颜面部的Mask进行像素点的膨胀，得到新的颜面部Mask，再将新的颜面部Mask和患侧重建颜面部的Mask进行“Boolean”计算，并在此基础上进行旋转、切割操作，切割时鼻部上缘以双内眦连线水平为标准，得到导板的三维信息； (4)将导板和患侧重建耳郭进行“Merge”操作，得到所需三维数字模型，即患侧耳郭和导板的三维数字模型； (5)患侧耳郭和导板的三维数字模型以STL格式导出，再将其导入3D打印机中，设置打印层厚为0.1mm，喷头流速为10.0m/s，喷头温度为25°C，即可生产出三维实体模型。
2.按权利要求1所述的高适配度的个性化三维耳郭导板制备的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，切割时鼻部上缘以双内眦连线水平为标准。
3.权利要求1的高适配度的个性化三维耳郭导板制备的方法在用于耳郭再造术中肋软骨的精细雕刻和组装中的用途。
4.权利要求1的高适配度的个性化三维耳郭导板制备的方法在用于再造耳的定位中的用途。
5.权利要求1的高适配度的个性化三维耳郭导板制备的方法在用于术前耳郭整形效果的预测中的用途。
【专利摘要】本发明属医学图像处理技术领域，涉及一种个性化三维耳郭导板制备的方法，具体涉及从分割重建到耳郭导板制作的逆向工程系统，尤其涉及高适配度的个性化的三维耳郭导板制作。本发明以小耳畸形患者的头颅CT扫描影像资料作为数据源，采用正中矢状面和导板定位，结合Mimics软件对小耳畸形患者CT扫描获得的DICOM格式的图像数据进行分割、提取、重建等操作直接快速生成患侧耳郭和导板三维数字模型，以STL文件格式输出，并将其与3D打印机连接制造出了患侧耳郭和导板三维实体模型，用于耳郭再造术中肋软骨的精细雕刻和组装，患侧再造耳的定位，还可用于术前耳郭整形效果的预测。三维耳郭导板实体模型制作精确，制作过程简单快捷，耗时少，方便掌握，利于推广。
【IPC分类】A61F2-02
【公开号】CN104783922
【申请号】CN201410028251
【发明人】张天宇, 戴培东, 陈克光, 杨琳, 傅窈窈
【申请人】复旦大学附属眼耳鼻喉科医院
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2014年1月22日