用于生成制造模型的方法和计算单元技术

本发明专利技术的第一方面基于的事实是：借助于至少一个第一接口来接收患者的感兴趣检查区域的至少一个第一3D图像数据集、以及该感兴趣检查区域的第二3D图像数据集。本发明专利技术人已经认识到，可以至少基于第一3D图像数据集来确定感兴趣检查区域的几何模型，并且可以至少基于第二3D图像数据集来确定感兴趣检查区域的第一材料特性的第一空间分布。基于几何模型和第一空间分布，可以生成对象的数字制造模型，该制造模型具有取决于第一分布的对象的材料组成。因此，制造模型考虑了感兴趣检查区域的几何形状和第一材料特性，其结果是基于制造模型的对象在很大程度上与患者特定解剖特点相匹配。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及用于生成制造模型的方法和计算单元。
技术介绍
对于植入物的生产，期望不仅实现最大可能的自动化程度以便递送高效率水平，而且还实现了与所讨论的患者的解剖的个体特点的最佳可能匹配，其在理论上与制造过程的总自动化相矛盾。患者特定解剖学适应的需求在这种情况下适用于不同植入物，诸如骨植入物、椎间盘置换或用于塑料或重建外科手术的软骨结构。尤其是在经受由于与一个或多个周围组织结构相互作用(例如，由于运动)而造成的恒定载荷的植入物的情况下，植入物与周围组织的详细的患者特定匹配可以阻止由于载荷而造成的植入物的衰退。同样，这还使得能够减少涉及相互作用的由植入物引起的对组织结构的不期望的追溯性影响，从而帮助防止由于植入物而造成的组织结构的炎症、磨损、硬化、以及物理磨损和撕裂反应。WO 2004/110309公开了一种方法，其为了生产植入物，首先获取要获取植入物的身体区域的三维断层图像数据、并且在身体区域的所述图像数据的基础上生成植入物的制造模型。最后，植入物凭借在断层摄影图像数据的基础上产生的制造模型来制作。在WO 2014/036551中，公开了一种植入物的患者特定实施例的方法，其利用三维断层摄影图像数据特别用于确定骨骼植入物与被指定用于植入物的骨骼的二维接触区域。然而，一般而言，在所引用的方法的情况下，仅使用单个模态获取图像数据，即例如，借助于计算机断层摄影(CT)或磁共振断层摄影(MRT)，然后借助于由一个模态生成的所述图像数据直接产生植入物的制造模型。这样做的结果是，在生成制造模型中，基本上仅考虑问题身体区域的那些解剖结构(即，CT中的骨骼结构或MRT中的软组织结构)，其通过所使用的模态特别有效地得以解析。上文所描述的挑战不仅扩展到植入物，而且还扩展到在医学工程领域中使用的其它对象。特别地，对象可以是用于辐射规划或外科手术的定位辅助件(aid)。
技术实现思路
因此，本专利技术所解决的问题是公开一种用于生成用于医学工程领域的对象的制造模型的方法，其实现了对象与患者特定解剖特点的最佳可能匹配。该问题借助于根据权利要求1所述的方法、借助于根据权利要求11所述的计算单元、借助于根据权利要求12所述的成像设备、以及借助于根据权利要求13所述的计算机程序产品、借助于根据权利要求14所述的计算机可读介质、和借助于根据权利要求15所述的对象来解决。结合所要求保护的设备以及结合所要求保护的方法在下文中对该问题的本专利技术解决方案进行描述。在该上下文中所引用的特征、优点或备选实施例变型同样还适用于其它所要求保护的主题事项，反之亦然。换言之，物理型权利要求(其涉及例如一种设备)还可以使用结合方法所描述或要求保护的特征进行开发。该方法的对应的功能性特征在这种情况下由对应的物理模块体现。本专利技术的第一方面基于的事实是：借助于至少一个第一接口来接收患者的感兴趣检查区域的至少一个第一3D图像数据集、以及该感兴趣检查区域的第二3D图像数据集。本专利技术人已经认识到，可以至少基于第一3D图像数据集来确定感兴趣检查区域的几何模型，并且可以至少基于第二3D图像数据集来确定感兴趣检查区域的第一材料特性的第一空间分布。基于几何模型和第一空间分布，可以生成用于医学工程领域的对象的数字制造模型，该制造模型具有取决于第一分布的对象的材料组成。因此，制造模型考虑了感兴趣检查区域的几何形状和第一材料特性，其结果是基于制造模型的对象在很大程度上与患者特定解剖特点相匹配。几何模型包括关于感兴趣检查区域的结构(特别地，关于感兴趣检查区域的至少一部分的至少一个表面或边界表面)的信息。制造模型包括关于对象结构(特别地，关于对象表面)的信息。关于对象结构的信息可以被确定为几何模型的函数；特别地，对象结构可以被确定为负形状或作为几何模型中的结构的置换。可以借助于3D打印机产生对象。这样的3D打印机依照制造模型的原型直接生成对象，特别地借助于CAD(计算机辅助设计的缩写)。可以使用不同的生产材料(特别地，陶瓷、金属、塑料和合成树脂)以便生成对象。在这种情况下，不同的生产材料可以借助于熔化或胶合工艺彼此接合。3D打印的特殊变型是用于金属的选择性激光熔化或电子束熔化、以及用于塑料、陶瓷和金属的选择性激光烧结。就本专利技术而言，(多)喷射方法特别有利。这需要借助于一次或多次喷射(jet)沉积多个层(特别地，一种或多种塑料和/或合成树脂)。因此，3D打印机可以具有用于铺设层(特别地，塑料和/或合成树脂)的一个或多个喷射。因此，制造模型可以包括关于借助于(多)喷射法来施加的各个层的层厚度的信息。更进一步地，以下技术术语对于3D打印的变型是已知的：弹道层制造、覆层、计算机数字控制、轮廓手工制作、数字光处理、激光直接成型、直接制造、直接金属沉积、直接金属激光烧结、直接壳型生产铸造、电子束熔化、电子束投影光刻、电泳沉积、熔融沉积建模、喷墨沉积、分层实体制造、激光烧蚀、激光工程净成形、激光金属成型、激光粉末成形、激光切割、微细加工，多喷射建模、多光子光刻、光刻、基于石膏的3D打印、自动注浆成型(robocasting)、选择性熔合、选择性激光熔化、选择性激光烧结、面曝光制程(Solid Ground Curing)、旋转铸造、立体光刻。特别地，对象可以是植入物。植入物可以是骨骼或软骨结构、椎间盘、器官或器官的一部分(例如，心脏瓣膜或支架，特别地，用于血管)的置换。植入物优选地由生物相容生产材料制成或涂有此类材料。因此，植入物可以以3D打印机至少部分地施加生物生产材料这样的方式来产生。在本专利技术的变型中，生物生产材料借助于(多)喷射方法至少部分地沉积。更进一步地，植入物可以包括借助于化学处理和/或表面处理的附加功能。例如，植入物可以具有药理学上是活性的物质，使得这些被释放到患者的血流中。根据本专利技术的另一方面，第一3D图像数据集是以第一X射线能量获取的CT数据集，而第二3D图像数据集是以第二X射线能量获取的CT数据集。在这种情况下，第一X射线能量与第二X射线能量不同。更进一步地，在这个方面的情况下，第二确定基于第一和第二3D图像数据集两者。以不同X射线能量扫描感兴趣检查区域也就是允许标识感兴趣检查区域中的材料，骨骼和软组织结构特别地容易区分。更进一步地，这还使得能够确定材料的浓度。例如，骨骼密度可以通过这种途径来确定。根据本专利技术的另一方面，第一3D图像数据集具有的空间分辨率高于第二3D图像数据集。由于高空间分辨率，所以第一3D图像数据集特别适合用于确定感兴趣检查区域的几何模型。然而，并不一定需要相同的高空间分辨率以便确定第一材料特性的第一空间分布。特别地，可能已经借助于与第二3D图像数据集不同的成像模态来获取第一3D图像数据集。根据本专利技术的另一方面，第一材料特性是机械特性。当制造模型具有取决于感兴趣检查区域的机械特性的对象的材料组成时，匹配对象也就是特别成功。因此，制造模型具有使得后者与患者特定解剖特点匹配的对象的材料组成。根据本专利技术的另一方面，机械特性涉及弹性、密度、强度或硬度。在本申请的含义内，弹性可以是体积模量、刚性模量、或弹性模量。关于强度，它可以特别是拉伸强度、耐压性、压缩强度、弯曲强度、扭转强度、或剪切强度。根据本专利技术的另一方面，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生成用于医学工程领域的对象的制造模型的方法，包括以下步骤：‑借助于至少一个第一接口(19)来接收(REC)患者(3)的感兴趣检查区域的至少一个第一3D图像数据集(24)、以及所述感兴趣检查区域的第二3D图像数据集(25)，‑借助于确定单元(18)至少基于所述第一3D图像数据集(24)来第一确定(DET‑1)所述感兴趣检查区域的几何模型，‑借助于所述确定单元(18)至少基于所述第二3D图像数据集(25)来第二确定(DET‑2)所述感兴趣检查区域的第一材料特性的第一空间分布，‑基于所述几何模型和所述第一空间分布来生成(CAL)所述对象的数字制造模型(26)，其中，所述制造模型(26)具有取决于所述第一空间分布的所述对象的材料组成。

【技术特征摘要】
2015.06.16 DE 102015210984.41.一种用于生成用于医学工程领域的对象的制造模型的方法，包括以下步骤：-借助于至少一个第一接口(19)来接收(REC)患者(3)的感兴趣检查区域的至少一个第一3D图像数据集(24)、以及所述感兴趣检查区域的第二3D图像数据集(25)，-借助于确定单元(18)至少基于所述第一3D图像数据集(24)来第一确定(DET-1)所述感兴趣检查区域的几何模型，-借助于所述确定单元(18)至少基于所述第二3D图像数据集(25)来第二确定(DET-2)所述感兴趣检查区域的第一材料特性的第一空间分布，-基于所述几何模型和所述第一空间分布来生成(CAL)所述对象的数字制造模型(26)，其中，所述制造模型(26)具有取决于所述第一空间分布的所述对象的材料组成。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一3D图像数据集(25)是以第一X射线能量获取的CT数据集，并且其中，所述第二3D图像数据集(26)是以第二X射线能量获取的CT数据集。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一3D图像数据集(25)具有比所述第二3D图像数据集(26)更高的空间分辨率。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述第一材料特性是机械特性。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述机械特性是以下特性中的一个特性：-弹性，-密度，-强度，-硬度。6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，还包括：-基于所述第一空间分布来分类(CLF)所述感兴趣检查区域的子区域。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述子区域被分类成不同组织。8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，还包括：-模拟(SIM)所述感兴趣检查区域上的载荷，其中，所述材料组成被确定为模拟的函数。9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·格拉比克，P·赫尔策，R·约纳塞克，M·聚林，
申请(专利权)人：西门子医疗有限公司，西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE