一种医学影像三维实体重建系统及其重建方法技术方案

本发明专利技术公开了一种医学影像三维实体重建系统及其重建方法，该系统包括水平移动装置、垂直升降装置和旋转装置；水平移动装置包括平行轴和垂直轴，平行轴设置有两条，垂直轴的两端分别与两条平行轴滑动连接；旋转装置设置在垂直轴上，且旋转装置能沿垂直轴方向运动；旋转装置上安装有多个喷头模组，喷头模组在旋转装置的驱动下进行旋转和角度调节；垂直升降装置设置在水平移动装置下方，垂直升降装置上设置有能升降的打印平台。本发明专利技术能够提升成型工件的精度，提高机器的工作效率；为医生提供了更多传统影像学检查难以显示的丰富信息，为个性化治疗方案提供全面直观的依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及3D打印
，尤其涉及一种医学影像三维实体重建系统及其重建方法。
技术介绍
医学图像三维重建技术，是指利用一系列二维切片图像重建三维图像模型并进行定性分析，定量分析的技术。随着计算机断层扫描、核磁共振设备的研制成功并投入使用，为医生提供了清晰的人体内部丰富的组织、器官的断层图像信息，协助医生更加直观、迅速、准确地诊断病情。现有的医学影像三维成像重建系统主要是根据X射线、计算机断层扫描CT、核磁共振MR以及超声波等医学成像方法得到的二维序列图像对人体器官组织进行重构，呈现出三维立体的形态。目前的三维成像技术对医生的经验要求较高，医生对于病情的评估和治疗方案的制定具有一定的局限性，进而影响医生对病情的分析及治疗方案的制定。另外由于人体骨骼、外形各部相同，而且都是由复杂的曲面构成，目前是三维重建技术无法让医生直观有效地观察病灶的具体情况，无法准确诊断病变部位的准确位置，降低治疗方案的精准性。对于复杂的开颅手术或者骨骼的假体制作无法在手术前进行模拟。医学影像的三维实体重建能有效解决上述问题。三维医学图像实体重建使得我们可以从任意角度观察人体结构，对人体内部各个组织和相对位置关系有个全面的了解，从而降低误诊、漏诊率。而应用三维重建技术对人体组织进行三维重建，能直观明了的确定病变体的空间位置、大小、几何形状及周围生物组织之间的空间关系，从而及时高效地诊断疾病。三维实体重建可以帮助医生对病人的病情有完善的整体看法，找出最佳的手术方案，分析解剖入路，大大提升手术的质量，减少对组织的意外伤害，此外也易于病人理解医生策划的手术，有效缩短手术时间、减低手术风险和病人的不适感。此外，医学影像的三维实体重建为诊断、治疗和教学提供直观、能触摸的信息记录，易于测量，利于深入研究，从而更有效的更新医护人员的知识，提高其医疗技术水平，进而推进医疗事业的发展。FDM3D打印技术兴起于二十世纪八十年代后期，后来逐步发展成为一项加工制造技术，其本质就是快速成型技术，根据逐层堆积的加工方式，将固体材料加热熔融后重新叠加起来，从而打印出产品的三维模型。由于3D打印能够以最快的速度将设计转变为具有一定结构功能的产品原型，可以对产品设计进行评估，减少开发费用，缩短研发周期，降低生产成本，且产品的造价几乎与产品批量及复杂性无关，使得3D打印技术得到了快速的发展，在实际生产中得到了广泛的应用。在FDM3D打印中，打印速度、打印精度、材料多样性都非常重要，传统的3D打印机多数为单喷头形式，打印中需更换材料时要停止打印，降低工作效率，并且更换材料操作也会降低打印成品的质量；还有一种3D打印机采用多喷头间距固定的方法，多喷头同时工作，原理类似把铅笔绑成一排写字，还有多个支架独立打印形式，还有多喷头集成的打印形式等等，上述的各类多喷头打印机多均需将打印头控制在同一平面上，方便多喷头同时作业提高成型效率。但是在成型过程中随着喷头的水平移动，易触碰到已挤出成型的结构，导致工件结构失准，难以满足较高的打印精度要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的3D打印机难以实现复杂的医学影像的三维模型构建的缺陷，提供一种医学影像三维实体重建系统及其重建方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种医学影像三维实体重建系统，包括水平移动装置、垂直升降装置和旋转装置；水平移动装置包括平行轴和垂直轴，平行轴设置有两条，垂直轴的两端分别与两条平行轴滑动连接；旋转装置设置在垂直轴上，且旋转装置能沿垂直轴方向运动；旋转装置上安装有多个喷头模组，喷头模组在旋转装置的驱动下进行旋转和角度调节；垂直升降装置设置在水平移动装置下方，垂直升降装置上设置有能升降的打印平台。进一步地，本专利技术的所述旋转装置包括刹车电机、旋转板和传动系统，传动系统与垂直轴相连，刹车电机通过传动系统与旋转板相连，喷头模组安装在旋转板上，旋转板在刹车电机提供的动力作用下旋转，进而带动喷头模组旋转。进一步地，本专利技术的所述喷头模组包括喷头和送料机构，喷头上连接有用于加热打印材料的加热器，加热器和送料机构之间通过输料管相连，送料机构上还连接有驱动电机。进一步地，本专利技术的所述加热器与用于控制打印材料的加热温度的温度传感器相连。进一步地，本专利技术的系统还包括多个电机，水平移动装置、垂直升降装置和旋转装置均通过电机驱动。进一步地，本专利技术的所述旋转板上还设置有使打印中的喷头模组保持垂直的限位装置。本专利技术提供一种医学影像三维实体重建方法，包括以下步骤：S1、使用CT机对病患进行患处扫描，采集患处的图像，对图像进行分割后，导入医学三维重建软件进行三维重建，得到患处的三维模型；S2、对三维模型进行分层切片，提取切片截面轮廓，并对截面轮廓内的图像信息进行处理，得到患处的不同组织的物理特征；S3、根据不同组织的物理特性，选择不同熔点的打印材料，并根据打印材料种类的数量设置喷头的数量；S4、通过温度传感器控制不同打印材料的加热温度，分别使用加热器对不同的打印材料进行加热融化为粘弹性流体状态，并将其分别送入各个喷头；S5、控制水平移动装置和旋转装置，使喷头移动至待打印的位置，喷头按照截面轮廓沉积一层设定厚度的打印材料，融化的打印材料凝固并粘接到打印平台上；S6、完成一层截面中各个材料的打印后，控制垂直升降装置使打印平台下降一个分层的厚度，继续沉积该层截面的打印材料，直到完成所有分层的打印，得到打印完成的所需患处组织。进一步地，本专利技术的方法的打印过程中，针对不同形状特征的组织，采用可溶性材料作为临时支撑，处理完成后将其去除，得到所需的患处组织。进一步地，本专利技术的方法还包括判断是否发生材料断裂的方法，具体为：若打印过程中出现材料断裂，提示更换打印材料，打印材料更换完成后，返回步骤S4继续打印剩余的患处组织。进一步地，本专利技术的方法还包括判断是否发生断电的方法，具体为：若打印过程中出现断电的情况，待下次恢复电力时，启动打印过程，选择上次打印过程中未完成的患处组织部件，返回步骤S4继续打印剩余的患处组织。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术的医学影像三维实体重建系统及其重建方法，通过设置的多个喷头模组，能够实现对不同材料设置不同的温度分别进行加温融化，并同时使用多个喷头进行不同材料的组合打印；能够有效克服多探头3D打印机中由于相邻探头的运动带来的工件成型误差，提升了成型工件的精度，提高了机器的工作效率；本专利技术的方法将患者病灶位置的二维影像数据转化为真实且与实物大小一致模型，立体感强，空间结构清晰，为医生提供了更多传统影像学检查难以显示的丰富信息，为个性化治疗方案提供全面直观的依据；该方法能够提高手术治疗的效果，降低手术风险。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例的3D打印机结构示意图；图2是本专利技术实施例的喷头模组的左视结构示意图；图3是本专利技术实施例的喷头模组的结构示意图；图4是本专利技术实施例的方法流程图；图5是本专利技术实施例的盆骨结构示意图；图6是本专利技术实施例的股骨、股骨处血管及肌肉的结构示意图；图中，1-水平移动装置，2-垂直升降装置，3-旋转装置，4-平行轴，5-垂直轴，6-喷头模组，7-打印平台，8-电机，31-刹车电机，32-旋转板，60-喷头，61-加热器，62-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种医学影像三维实体重建系统，其特征在于，包括水平移动装置(1)、垂直升降装置(2)和旋转装置(3)；水平移动装置(1)包括平行轴(4)和垂直轴(5)，平行轴(4)设置有两条，垂直轴(5)的两端分别与两条平行轴(4)滑动连接；旋转装置(3)设置在垂直轴(5)上，且旋转装置(3)能沿垂直轴(5)方向运动；旋转装置(3)上安装有多个喷头模组(6)，喷头模组(6)在旋转装置(3)的驱动下进行旋转和角度调节；垂直升降装置(2)设置在水平移动装置(1)下方，垂直升降装置(2)上设置有能升降的打印平台(7)。

【技术特征摘要】
1.一种医学影像三维实体重建系统，其特征在于，包括水平移动装置(1)、垂直升降装置(2)和旋转装置(3)；水平移动装置(1)包括平行轴(4)和垂直轴(5)，平行轴(4)设置有两条，垂直轴(5)的两端分别与两条平行轴(4)滑动连接；旋转装置(3)设置在垂直轴(5)上，且旋转装置(3)能沿垂直轴(5)方向运动；旋转装置(3)上安装有多个喷头模组(6)，喷头模组(6)在旋转装置(3)的驱动下进行旋转和角度调节；垂直升降装置(2)设置在水平移动装置(1)下方，垂直升降装置(2)上设置有能升降的打印平台(7)。2.根据权利要求1所述的医学影像三维实体重建系统，其特征在于，所述旋转装置(3)包括刹车电机(31)、旋转板(32)和传动系统，传动系统与垂直轴(5)相连，刹车电机(31)通过传动系统与旋转板(32)相连，喷头模组(6)安装在旋转板(32)上，旋转板(32)在刹车电机(31)提供的动力作用下旋转，进而带动喷头模组(6)旋转。3.根据权利要求1所述的医学影像三维实体重建系统，其特征在于，所述喷头模组(6)包括喷头(60)和送料机构(63)，喷头(60)上连接有用于加热打印材料的加热器(61)，加热器(61)和送料机构(63)之间通过输料管(62)相连，送料机构(63)上还连接有驱动电机(64)。4.根据权利要求3所述的医学影像三维实体重建系统，其特征在于，所述加热器(61)与用于控制打印材料的加热温度的温度传感器相连。5.根据权利要求1所述的医学影像三维实体重建系统，其特征在于，该系统还包括多个电机，水平移动装置(1)、垂直升降装置(2)和旋转装置(3)均通过电机驱动。6.根据权利要求2所述的医学影像三维实体重建系统，其特征在于，所述旋转板(32)上还设置有使打印中的喷头模组(...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡志祥，周建波，阮玲慧，仇涛，王洪霆，孙智龙，
申请(专利权)人：武汉因泰莱激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42