脑皮层结构、脑血管及脑内病灶3D打印模型及其制备方法技术

本发明专利技术提供脑皮层结构、脑血管及脑内病灶3D打印模型及其制备方法，所述方法包括以下步骤：（1）获取病人大脑多种原始影像数据并输出；（2）将输出的多种原始影像数据通过三维重建软件分别至少进行大脑皮层、白质纤维束和血管的三维重建，并勾画病灶；（3）将重建的各模型利用图像分析软件进行多模影像融合，获得三维多模态三维数据；（4）基于所得三维多模态三维数据以光敏树脂材料按1：1的比例进行3D打印，得到包含脑皮层结构、脑血管及脑内病灶的透明3D打印模型。

3D printing model of cortical structure, cerebrovascular and brain lesions and its preparation method

The invention provides a 3D printing model for cerebral cortex structure, cerebral vessels and intracerebral lesions and a preparation method thereof. The method comprises the following steps: (1) obtaining and outputting various original image data of the patient's brain; (2) carrying out at least cerebral cortex and white matter fibers respectively with the output of various original image data through a three-dimensional reconstruction software. 3-D reconstruction of bundle and blood vessel, and outline the lesion; (3) using image analysis software to fuse the reconstructed models to obtain 3-D multi-modal 3-D data; (4) 3-D multi-modal 3-D data based on the obtained 3-D multi-modal 3-D data with photosensitive resin materials in a ratio of 1:1 to obtain the cerebral cortex structure, brain. Transparent 3D printing model for vessels and brain lesions.

【技术实现步骤摘要】
脑皮层结构、脑血管及脑内病灶3D打印模型及其制备方法
本专利技术涉及脑皮层结构、脑血管及脑内病灶3D打印模型的制备方法，其可作为辅助手术系统，术前模拟手术操作，属于医学领域。
技术介绍
神经外科是临床医学中风险和难度最大的专业之一，致残率和死亡率高，诊疗过程中需有精准的靶向性；并且神经外科手术显露范围有限，要求术者在操作过程中熟悉局部解剖层次，并且建立三维立体概念。将二维图像在头脑中建立起三维概念，是神经外科医师综合实力飞跃性提升的过程，神经导航系统模拟计算机断层扫描（computedtomography,CT）和磁共振（MagneticResonanceImaging,MRI）的数字化影像，与实际神经解剖结构之间建立起动态的联系，展示三维立体解剖结构，使医生能够实时了解病变在颅内的空间位置以及与周围结构之间的关系。颅脑手术治疗目前临床上仍然是根据二维（2-Dimensional，2D）影像学、模拟三维（3-Dimensional,3D）图像进行三维空间想象来进行手术，虽然临床已有很多商用导航及开源软件可以模拟在屏幕上进行3D显示，但是由于病灶结构深在，与周围脑血管关系密切，手术中轻微的体位头位变化无法在屏幕得到精确的响应，有些血管及脑沟回的关系在屏幕假3D的显示中与真实情况有很大的出入（图1），导致手术判断错误的情况始终不能彻底根除。例如，专利技术人前期对300例癫痫患者通过术前检查MRI、磁共振血管成像（magneticresonancevenography,MRV），利用Brain-LAB软件进行3D重建（图1A），将血管信息与大脑皮层的立体模型进行融合获得数据后进行术中导航，这种技术极大提高了定位的准确性，有利于临床的推广应用，但实际操作中专利技术人发现，这种方法与术前计划仍有一定的误差，术中需要判断脑沟或脑回与血管的距离等，误判往往会造成手术效果不理想，稍有不慎就会带来严重并发症。因此，探索更加精确合理，简便安全的术前模拟应用于临床已成为神经外科手术个体化治疗的迫切需要。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种能够突出显示病灶及其周围血管相对解剖关系，更符合实体模型，手术入路清晰显示经过的血管、病灶及其周围血管关系，为病人进行个性化诊治，提前模拟手术操作，降低手术风险的3D脑打印的制备方法。本专利技术的脑皮层结构、脑血管及脑内病灶3D打印模型的制备方法包括以下步骤：（1）获取病人大脑多种原始影像数据并输出；（2）将输出的多种原始影像数据通过三维重建软件分别至少进行大脑皮层、白质纤维束和血管的三维重建，并勾画病灶；（3）将重建的各模型利用图像分析软件进行多模影像融合，获得三维多模态三维数据；（4）基于所得三维多模态三维数据以光敏树脂材料按1：1的比例进行3D打印，得到包含脑皮层结构、脑血管及脑内病灶的透明3D打印模型。根据本专利技术，基于多模态医学图像的精确分割和配准，有效利用影像数据信息，对大脑皮层和血管建立三维模型，并结合勾画病灶，通过3D打印的方法，精确、快速地制造定制化、个性化的透明头部医学模型，解决了传统医学模型制作周期长、精度低、不可定制化的缺点。因此：术前可精确地定位脑沟，脑回，脑血管及病灶的解剖位置，尤其是病灶与脑沟及血管的关系，术前发现术中可能出现的问题，并提出解决方案，降低手术风险，为手术提供安全保障，另外为年轻神经外科医师进行神经解剖和手术技能的培训学习，系统掌握显微神经解剖知识，以提高临床诊疗技能。较佳地，所述原始影像数据包括头颅CT成像和MRI成像、DTI成像（DiffusionTensorImaging,弥散张量成像）以及CTA（computerimagingangiography,CTA,CT血管造影）血管造影数据。其中，CT在图像融合配准中更加精确，MRI成像可以显示脑组织，DTI可显示白质传导通路，CT血管造影可以显示脑血管。较佳地，所述原始影像数据通过DICOM格式经PACS软件系统输出。较佳地，所述三维重建软件为FreeSurfer软件。较佳地，所述图像分析软件为FSL软件及3D-Slicer软件。较佳地，脑肿瘤、血管瘤根据影像学结果进行图像分割提取病灶，癫痫病灶根据患者立体定向脑电图结果结合临床症状学及解剖学关系勾画术区范围。较佳地，所得的3D打印模型中，脑皮层结构为透明，脑血管及脑内病灶为不同的颜色。这样可以更清晰地显示病灶周围解剖，病灶与血管的对应关系。本专利技术还提供由上述制备方法制备的脑皮层结构、脑血管及脑内病灶3D打印模型。本专利技术可以精确、快速地制造透明头部医学模型，显示病灶及周围血管解剖关系，可用术前模拟手术路径，仔细分析病灶周围解剖血管关系，切除病灶，手术过程发现问题，并提出解决方案，降低病人手术风险，获益极大提升。附图说明图1中的A为利用Brain-LAB软件进行脑皮层、血管及病灶3D重建；绿颜色为术前电极计划路径，红颜色为病灶位置，即手术切除病灶脑组织，B为此病人开颅后显示真实脑组织，血管的解剖关系。病灶位置深在，术前模拟图像不能清晰反应术中脑回、脑沟、病灶及深部血管的解剖关系，且与病人体位，头位有一定关系。图2为本专利技术一实施方式的工艺流程图。图3为本专利技术一实施方式得到的透明3D打印模型。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图和下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术一实施方式提供一种脑皮层结构、脑血管及脑内病灶3D打印模型的制备方法。在此，“脑皮层结构、脑血管及脑内病灶3D打印模型”是指能精确还原地显示实际人脑中的脑皮层结构、脑血管及脑内病灶的3D打印脑模型。应理解，该3D打印模型还可以包括脑中的其它任何结构。另外，应理解，在此提及的“透明3D打印模型”，是指至少主体（皮层）为透明（优选为无色透明）。除主体以外的部分，例如血管、病灶等可为透明，也可为不透明，但优选为透明，更优选为透明且有色。本专利技术一优选的实施方式中，脑皮层结构为透明，脑血管及脑内病灶为与脑皮层结构不同的颜色，且更优选为脑血管及脑内病灶彼此为不同的颜色。本专利技术另一优选的实施方式中，脑皮层结构、脑血管及脑内病灶均为透明，且三者颜色互不相同。图2为本专利技术一实施方式的工艺流程图。如图2所示，首先获取病人的原始薄层CT、MRI、DTI、CT血管造影等影像学数据。优选采集高分辨率的影像学数据。低分辨率的数据会导致生成的模型与真实脑解剖之间的误差。然后，可将原始影像学数据输出，即转化为计算机数字形式。一个示例中，将原始影像数据通过DICOM格式经PACS（医学影像的存储和传输系统）软件系统输出。将输出的影像学数据导入到三维重建软件中，分别至少实现大脑皮层、白质纤维束、血管的重建。更优选地，进行灰质、白质、脑脊液、脑沟、脑血管，大脑不同脑区的立体重建。一个示例中，所述三维重建软件为FreeSurfer。FreeSurfer软件是一款提供一系列算法来量化人脑功能、连接以及结构属性，能对高分辨率的磁共振图像进行三维重建，生成展平或胀平图像，并能得到皮质厚度、面积、灰质容积等解剖参数。进行图像分割，勾画病灶范围，以使所得的三维多模态三维数据清晰显示脑内病灶，以使病灶与其它部位区别开来。例如，脑肿瘤、血管瘤可根据影像学结果进行图像分割提取病本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脑皮层结构、脑血管及脑内病灶3D打印模型的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）获取病人大脑多种原始影像数据并输出；（2）将输出的多种原始影像数据通过三维重建软件分别至少进行大脑皮层、白质纤维束和血管的三维重建，并勾画病灶；（3）将重建的各模型利用图像分析软件进行多模影像融合，获得三维多模态三维数据；（4）基于所得三维多模态三维数据以光敏树脂材料按1：1的比例进行3D打印，得到包含脑皮层结构、脑血管及脑内病灶的透明3D打印模型。

【技术特征摘要】
1.一种脑皮层结构、脑血管及脑内病灶3D打印模型的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）获取病人大脑多种原始影像数据并输出；（2）将输出的多种原始影像数据通过三维重建软件分别至少进行大脑皮层、白质纤维束和血管的三维重建，并勾画病灶；（3）将重建的各模型利用图像分析软件进行多模影像融合，获得三维多模态三维数据；（4）基于所得三维多模态三维数据以光敏树脂材料按1：1的比例进行3D打印，得到包含脑皮层结构、脑血管及脑内病灶的透明3D打印模型。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述原始影像数据包括CT成像和/或MRI成像、DTI成像以及CT血管造影数据。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述原始影像数据通过DICOM格式经...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐纪文，王昌泉，周洪语，叶晓来，赵晨杰，马军峰，刘强强，
申请(专利权)人：上海交通大学医学院附属仁济医院，
类型：发明
国别省市：上海,31