一种能够进行3d打印的人体器官的三维建模方法
【专利摘要】一种能够进行3D打印的人体器官的三维建模方法，包括：获得组织器官医学图像；将组织器官医学图像在轴向、矢状和冠状三个方向上同时生成三个相同器官的轴向二维图、矢状二维图和冠状二维图像；对上述图像分别相应的进行轴向面图像分离、矢状轴向面图像分离和冠状轴向面图像分离；对图像分离结果进行二维图像的三维融合；判断融合是否生效；在医学图像处理软件中对三维图像进行三维图像表面特征提取，生成单独的文件加入到模型中，并保存为STL格式文件；对模型表面进行平滑处理和润色处理；生成为能够三维打印的文件并进行三维打印；判断打印出的模型是否真实。本发明的方法打印出的模型不但表面特征逼真，其内部结构也与人体结构完全一致。
【专利说明】一种能够进行3D打印的人体器官的三维建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种三维建模方法。特别是涉及一种能够进行3D打印的人体器官的 三维建模方法。
【背景技术】
[0002] 国内尚未有此成型的人体器官的3D建模并可打印成实物模型的技术。基本止步 于三维重建，而且重建技术也仅限于轮廓的重建，其内部结构无法探测，如专利申请号为 200410089299. 9的基于图像轮廓的人肢体三维建模方法，其是采用旋转圆锥曲面建立人肢 体三维模型，由关节点和连接点的线段组成骨架层代表人肢体的骨架结构，皮肤层用旋转 圆锥曲面表示，每个肢体只需调整两个变形参数就能反映出人肢体皮肤变形。其只是一种 仅限于人肢体轮廓的建模。
[0003] 医学成像技术已经由2D向3D甚至4D发展，3D/4D胎儿超声扫描已经相当普遍，但 3D医学建模技术还处在萌芽阶段。目前也有对人体组织器官进行三维成像，但仅仅是停留 在软件模拟阶段。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种将3D人体医学图像转化为实物模型的 能够进行3D打印的人体器官的三维建模方法。
[0005] 本发明所采用的技术方案是：一种能够进行3D打印的人体器官的三维建模方法， 包括如下步骤：
[0006] 1)获得组织器官医学图像；
[0007] 2)将组织器官医学图像在轴向、矢状和冠状三个方向上同时生成三个相同器官的 轴向二维图、矢状二维图和冠状二维图像；
[0008] 3)对步骤2)的结果分别相应的进行轴向面图像分离、矢状轴向面图像分离和冠 状轴向面图像分离；
[0009] 4)对步骤3)得到的图像分离结果进行二维图像的三维融合；
[0010] 5)判断融合是否生效，是进入下一步骤，否则返回到步骤3);
[0011] 6)在医学图像处理软件中对三维图像进行三维图像表面特征提取，生成单独的文 件加入到模型中，并保存为STL格式文件；
[0012] 7)对模型表面进行平滑处理和润色处理；
[0013] 8)生成为能够三维打印的文件并进行三维打印；
[0014] 9)判断打印出的模型是否真实，是则模型生成，否则返回到步骤3)。
[0015] 步骤1)所述的组织器官医学图像是采用核磁共振或超声扫描的方式获得DIC0M 格式的图像文件并存储。
[0016] 步骤2)是利用医学图像处理软件Simpleware或Amira或Mimics完成的。
[0017] 步骤3)所述的图像分离是在医学图像处理软件Simpleware或Amira或Mimics 中进行。
[0018] 步骤4)所述的融合是将步骤3)得到的三组图像分离文件同时导入计算机辅助设 计软件Solidworks中进行人工修整融合，得到模型。
[0019] 步骤5)所述的融合是否生效，是指融合的模型反映出真实的器官轮廓。
[0020] 步骤7)所述的对模型表面进行平滑处理和润色处理，是将STL格式文件导入Auto CAD软件中进行平滑及润色。
[0021] 步骤8)所述的三维打印，是选用精度从30微米?300微米的三维打印机。
[0022] 本发明的一种能够进行3D打印的人体器官的三维建模方法，是利用医学透视成 像技术，对人体器官进行二维逐层扫描或三维扫描，再对图像数据进行整合，采用本发明的 方法打印出的模型不但表面特征逼真，其内部结构也与人体结构完全一致。其精度视采用 的三维打印机不同，使用以环保可再生的PLA硬质塑料为主要打印材料的桌面级打印机其 精度可达1〇〇微米。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1是一种能够进行3D打印的人体器官的三维建模方法的图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合实施例和附图对本发明的一种能够进行3D打印的人体器官的三维建模 方法做出详细说明。
[0025] 如图1所示，本发明的一种能够进行3D打印的人体器官的三维建模方法，包括如 下步骤：
[0026] 1)获得组织器官医学图像，
[0027] 所述的组织器官医学图像是采用核磁共振或超声扫描的方式获得DIC0M格式的 图像文件并存储；其中，
[0028] 核磁共振：
[0029] 以西门子3T扫描装置为例，对人体全身或单个器官分别进行冠状、矢状、轴向扫 描，每层精度为1. 1X 1. 1mm，层厚3mm，层与层之前无间隔，分别得到三组不同扫描方式的 人体器官图像，图像以DIC0M格式存储。此方法对核磁共振仪器没有特殊要求，只要能在三 个方向上得到清晰图像即可。
[0030] 超声扫描：
[0031] 以麦迪逊多媒体动态四维彩超仪为例，此仪器可对人体器官和胎儿进行动态扫 描。当扫描完成后，将扫描生成的mvl格式文件导入麦迪逊图像浏览软件（3DXI PC Viewer) 将图像导出，同样存储成DIC0M格式，方便进行下一步图像处理。
[0032] 2)将组织器官医学图像利用医学图像处理软件Simpleware或Amira或Mimics在 轴向、矢状和冠状三个方向上同时生成三个相同器官的轴向二维图、矢状二维图和冠状二 维图像；
[0033] 3)对步骤2)的结果分别相应的进行轴向面图像分离、矢状轴向面图像分离和冠 状轴向面图像分离，所述的图像分离是在医学图像处理软件Simpleware或Amira或Mimics 中进行；
[0034] 具体是将DIC0M格式的图像文件导入专业医学图像处理软件Simpleware中进行 逐层分析与器官边缘的提取，这一步非常重要，其最后器官边缘提取的好坏直接影响到后 期三维器官整合的成败。
[0035] 4)对步骤3)得到的图像分离结果进行二维图像的三维融合，
[0036] 所述的融合是将步骤3)得到的三组图像分离文件同时导入计算机辅助设计软件 Solidworks中进行人工修整融合，得到模型；
[0037] 具体是在轴向、矢状、冠状三个方向上同时生成三个相同器官的边缘提取图（STL 文件格式），将三组文件同时导入计算机辅助设计软件（如Solidworks)中进行融合，以保 证模型能反映真实的器官轮廓。
[0038] 5)判断融合是否生效，是进入下一步骤，否则返回到步骤3);
[0039] 所述的融合是否生效，是指融合的模型反映出真实的器官轮廓，如与真实器官相 差太多。
[0040] 6)在医学图像处理软件中对三维图像进行三维图像表面特征提取，生成单独的文 件加入到模型中，并保存为STL格式文件；
[0041] 7)对模型表面进行平滑处理和润色处理，
[0042] 所述的对模型表面进行平滑处理和润色处理，是将STL格式文件导入Auto CAD软 件中进行平滑及润色；
[0043] 如若模型融合成功，此时器官的分离与构造已基本完成，但是器官的一些表面特 征仍需要加强，这时需要返回医学图像处理软件中对图像进行细节提取，比如胎儿的面部 特征，生成单独的文件加入到模型之中。最终模型保存为STL文件格式，导入Auto CAD软 件中进行平滑及润色。
[0044] 8)生成为能够三维打印的文件：视所使用的三维打印机不同，由STL文件转换而 成的三维打印文件也不同。例如使用MakerBot第五代桌面打印机，生成的三维打印文件格 式为· makerbot，精度为100微米?300微米；
[0045] 9)判断打印出的模型是否真实，是则模型生成，否则返回到步骤3)。
[0046] 打印出的模型应立体生动，表面光滑，可真实反映人体器官的模样，如若不满足此 条件应返回步骤3)重新处理。
[0047] 打印模型有时会需要支撑材料，去除支撑材料时应小心谨慎，以不影响模型的外 观为主要前提。
[0048] 采用本发明的一种能够进行3D打印的人体器官的三维建模方法与3D打印机相结 合，将模拟数据转化为3D模型，生成的胎儿全身或面部局部模型可以作为新生儿父母留给 自己及家人纪念的又一个选择，又因为其数据全部采自人体，由此生成的医学模型也更加 逼真，对医学教学模型的改进也有很大帮助。
【权利要求】
1. 一种能够进行3D打印的人体器官的三维建模方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 获得组织器官医学图像； 2) 将组织器官医学图像在轴向、矢状和冠状三个方向上同时生成三个相同器官的轴向 二维图、矢状二维图和冠状二维图像； 3) 对步骤2)的结果分别相应的进行轴向面图像分离、矢状轴向面图像分离和冠状轴 向面图像分离； 4) 对步骤3)得到的图像分离结果进行二维图像的三维融合； 5) 判断融合是否生效，是进入下一步骤，否则返回到步骤3); 6) 在医学图像处理软件中对三维图像进行三维图像表面特征提取，生成单独的文件加 入到模型中，并保存为STL格式文件； 7) 对模型表面进行平滑处理和润色处理； 8) 生成为能够三维打印的文件并进行三维打印； 9) 判断打印出的模型是否真实，是则模型生成，否则返回到步骤3)。
2. 根据权利要求1所述的一种能够进行3D打印的人体器官的三维建模方法，其特征在 于，步骤1)所述的组织器官医学图像是采用核磁共振或超声扫描的方式获得DICOM格式的 图像文件并存储。
3. 根据权利要求1所述的一种能够进行3D打印的人体器官的三维建模方法，其特征在 于，步骤2)是利用医学图像处理软件Simpleware或Amira或Mimics完成的。
4. 根据权利要求1所述的一种能够进行3D打印的人体器官的三维建模方法，其特征 在于，步骤3)所述的图像分离是在医学图像处理软件Simpleware或Amira或Mimics中进 行。
5. 根据权利要求1所述的一种能够进行3D打印的人体器官的三维建模方法，其特征在 于，步骤4)所述的融合是将步骤3)得到的三组图像分离文件同时导入计算机辅助设计软 件Solidworks中进行人工修整融合，得到模型。
6. 根据权利要求1所述的一种能够进行3D打印的人体器官的三维建模方法，其特征在 于，步骤5)所述的融合是否生效，是指融合的模型反映出真实的器官轮廓。
7. 根据权利要求1所述的一种能够进行3D打印的人体器官的三维建模方法，其特征在 于，步骤7)所述的对模型表面进行平滑处理和润色处理，是将STL格式文件导入Auto CAD 软件中进行平滑及润色。
8. 根据权利要求1所述的一种能够进行3D打印的人体器官的三维建模方法，其特征在 于，步骤8)所述的三维打印，是选用精度从30微米?300微米的三维打印机。
【文档编号】G06T17/00GK104123752SQ201410362406
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】魏程 申请人:魏程