使用复合材料积层制造身体部位模型的系统及制造方法技术方案

本发明专利技术涉及一种方法，用于使用复合材料积层制造以物理重建一身体部位，其特征在于，包括：接收所述身体部位立体像素阵列形式的影像数据，各立体像素阵列呈现关于所述身体部位截面的影像数据；定义立体像素阵列中的立体像素值与用以重建所述身体部位的目标物理性质间的关联性；定义成型材料组合与其物理性质间的关联性；对应所述立体像素值与目标物理性质间的所述关联性及所述成型材料组合与其物理性质间的关联性，定义所述立体像素值与材料组合间的关联性；转换所述立体像素阵列形式的影像数据为可打印的位图影像，所述位图影像呈现用以重建所述身体部位的所述成型材料组合；以及对应所述位图影像以逐层方式配施所述成型材料组合。

System and method for manufacturing a body part model using a composite laminate

The invention relates to a method for manufacturing a part of the body to the physical reconstruction using laminated composite, which is characterized in that the image data includes: receiving the parts of the body in the form of three-dimensional array of pixels, each pixel array has a three-dimensional section of the body parts of the image data; and the correlation with the physical properties of the target to rebuild the body part between the stereo stereo pixel pixel in the array value relevance; definition of molding material combinations and their physical properties between; corresponding to the stereo pixel value associated with the relationship between the physical properties of the target and the molding material composition and physical properties of the definition of the stereoscopic pixel the value and relevance of material combination; image data conversion of the stereoscopic pixel array form for bitmap images can be printed, the bitmap images for The molding material combination of the body part is reconstructed, and the molding material combination is matched with the bitmap image in a layer by layer mode.

【技术实现步骤摘要】
本申请为申请号201280065938.0、申请日2012年11月15日、专利技术名称“使用复合材料积层制造身体部位模型的系统及制造方法”的分案申请。相关申请的参考文献本案依据35USC119(e)，参照美国临时申请案申请号:61/560822，申请日:2011年11月7日，其公开内容引入本文作为参考并主张所述临时申请案的优先权。
本专利技术在一些实施例中涉及一种复合材料积层制造(AdditiveManufacturing,AM)，尤其但不限于一种基于断层摄影以物理重建一物体，如一人体部位的复合材料积层制造。
技术介绍
积层制造方法是目前习知用以制造三维物体模型的方法，包括生物器官。积层制造方法或固体自由成型(SolidFreeformFabrication)为通过添加剂形成步骤，使任意形状的结构可以直接从计算机数据直接制作的一种技术。任何固体自由成型系统的基本操作包括对三维物体计算机模型进行切片转换成薄的截面，转译所述切片结果为二维位置数据，并传送所述数据至以逐层方式制造三维物体结构的控制设备。利用断层扫描数据的方法，例如由断层扫描仪或核磁共振影像设备提供的数据以积层制造方法物理性的重建一生物器官为习知的技术。断层数据通常包括扫描生物器官的灰阶截面图像数据，一般情况下，断层扫描数据以医疗数字影像传输协议(DigitalImagingandCommunicationsinMedicine,DICOM)的文件格式提供。在习知的物理重建方法，计算机辅助设计(CAD)系统以光固化成形法(StereoLithography,STL)用来转换及/或转译所述医疗数字影像传输协议档案为三维计算机模型档案，使其可被积层制造设备所读取。光固化成型法的文件格式仅描述三维物体的表面几何状况而无法呈现三维物体内部任何可能的颜色变化、纹理及/或机械特性。由于物体内部的变化无法以光固化成型法的文件格式呈现，很多隐含在医疗数字影像传输协议档案中的数据将会在转译过程中失去。美国专利公告号US5,768,134，专利技术名称:以人体部位数字影像数据为基础制造完善医学模型的方法，通过参考文献将其整体引述于本案中，描述一方法为以数字影像数据为基础，增加一人造功能组件于一人体部位模型，如于断层扫描影像切片之前。如其中所述，在其余人体部位影像进行影像数据切片前，所加入的人造功能组件使所有以数字影像数据形式呈现的医学数据成为可见。其通过例示的方式描述了所述的功能组件，如一个开口用以指示钻孔处及钻孔方向，对于影像数据而言增加的功能为标示出围绕所述人体部位的其他组件。其亦描述由医学用户得来的外部数据，增加的功能为使影像数据与人造功能组件可让用户得到额外的外部数据。美国专利公开号US20100191360，专利技术名称:使用多成型材料的固体自由成型方法，为多共同专利技术人专利技术，通过参考文献将其整体引述于本案中。描述其中包括一系统与一方法用以使用两种或以上不同预定组合的成型材料制造物体，其中所述组合为由不同的成型材料经由不同的喷头配送。不同的成型材料可以被配送于同一层中不同位置或相同位置或邻近位置进行分配，以便形成一种复合材料。更有描述一方法用以不需设计完整立体结构使用的标准计算机辅助设计(CAD)软件而定义复合材料结构，所述方法包括执行一布尔比较法(Booleancomparison)于呈现所需复合材料结构的位图与呈现三维物体的光固化成型法格式位图间，所述方法省略了计算机辅助设计(CAD)软件将所需复合材料结构制成一位图的需求，如此可节省设计过程的时间与为了设计三维物体结构而造成的计算机内存耗费，并且同时在建构过程中分析三维物体结构。更进一步有描述两种或以上建构及/或成型材料，可包括一非固态材料，其可为液体、凝胶、膏状或其他非固态或半固态形式。优选地，一第二固化材料于制造过程中可以完全环绕或包覆所述非固态材料，当完成制程，使所述非固态材料可保存于三维物体内部，或可选择的将其排出、使其燃烧殆尽或是以其他方式除去。以此方式将可产生一空心或多孔的模型。
技术实现思路
一方面根据本专利技术某些实施例，提供了一种系统与方法，用于转换一身体部位的断层扫描数据为可打印的位图影像并呈现成型材料组合用以使用复合材料积层制造方式以物理性重建所述身体部位。根据本专利技术某些实施例，定义所述断层扫描数据与构成身体部位的组织其机械特性间的一关联性。在一些例示性的实施例中，用以重建所述身体部位的成型材料组合被定义为可仿真所述断层扫描数据呈现的不同机械特性。优选地，所述成型材料组合包括一或多预先设定的结构，设计为增加一种或多种所述身体部位的物理及/或机械特性。一方面根据本专利技术某些实施例，提供了一种方法，用于使用复合材料积层制造以物理重建一身体部位，所述方法包括：接收所述身体部位立体像素阵列形式的影像数据，各立体像素阵列呈现关于所述身体部位截面的影像数据；转换所述立体像素阵列形式的影像数据为可打印的位图影像，所述位图影像呈现用以重建所述身体部位的所述成型材料组合；以及对应所述位图影像以逐层方式配施所述成型材料组合。优选地，所述方法包括定义立体像素阵列中的立体像素值与用以重建所述身体部位的目标物理性质间的一关联性；定义成型材料组合与其物理性质间的一关联性；以及对应于所述立体像素值与目标物理性质间的所述关联性以及所述成型材料组合与其物理性质间的所述关联性，定义所述立体像素值与材料组合间的一关联性。优选地，由一个或多个对照表定义所述关联性。优选地，所述成型材料组合被选择为基于每一立体像素模拟所述身体部位的机械特性。优选地，所述立体像素阵列形式的影像数据被转换为一数字材料的阵列，各数字材料由至少两种成型材料的一组合构成，所述组合由所述至少两种成型材料之间的比例定义。优选地，所述立体像素阵列形式的影像数据被转换为一数字材料的阵列，各数字材料由一成型材料立体像素的图形定义，所述图形由至少两成型材料构成。优选地，所述各数字材料阵列中的数字材料由一预定数量的成型材料立体像素定义。优选地，所述预定数量的成型材料立体像素选自范围介于10-1000的成型材料立体像素。优选地，不同数字材料阵列中的数字材料被定义为具有不同机械特性。优选地，不同数字材料被定义为具有不同的弹性特性。优选地，所述不同数字材料具有一弹性系数范围介于0.01兆帕(MPa)至3吉帕(GPa)。优选地，所述数字材料由一较硬的材料被一液体或一凝胶体环绕构成。优选地，所述影像数据是从断层扫描仪、核磁共振仪与超音波设备其中的一或多个接收。优选地，当所述影像数据由一断层扫描仪发出，所述成型材料组合被定义为模拟由所述断层扫描仪呈现的断层扫描数据的一阵列密度。优选地，所述方法使用一或多种附加材料用以改变重建的所述身体部位的一部分物理外观。优选地，所述附加材料选自包括染料金属、离子、陶瓷分子与生物分子组成的一群组。优选地，所述附加材料用以对应于使用者的输入。优选地，所述方法包括接收一使用者的输入，以及调整所述成型材料组合用以以用户的输入为基础重建所述身体部位。一方面根据本专利技术某些实施例，提供了一种系统，用于使用复合材料积层制造以物理重建一身体部位，所述系统包括：一控制器，操作用于接收所述身体部位其立体像素阵列形式的影像数据，所述各立体像素阵列呈现所述身体部位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种身体部位的物理重建系统，其特征在于，所述物理重建系统包括：一数字材料，由至少两种具有不同机械特性的成型材料的一组合通过复合材料积层制造法沉积构成，且所述成型材料的组合被配置用以基于每一立体像素模拟身体部位的一机械特性。

【技术特征摘要】
2011.11.17 US 61/560,8221.一种身体部位的物理重建系统，其特征在于，所述物理重建系统包括：一数字材料，由至少两种具有不同机械特性的成型材料的一组合通过复合材料积层制造法沉积构成，且所述成型材料的组合被配置用以基于每一立体像素模拟身体部位的一机械特性。2.根据权利要求1所述的物理重建系统，其特征在于，所述至少两种成型材料是基于定义所述身体部位的多个位图影像被沉积而成，且所述位图影像中的各像素是由通过复合材料积层制造法沉积的多个液滴代表，所述多个液滴定义所述数字材料。3.根据权利要求1所述的物理重建系统，其特征在于，所述数字材料由所述至少两种成型材料之间的一比例定义。4.根据权利要求1所述的物理重建系统，其特征在于，定义一数字材料的所述至少两种成型材料的一沉积图案为随机或虚拟随机。5.根据权利要求1所述的物理重建系统，其特征在于，定义一数字材料的所述至少两种成型材料的一沉积图案为一结构化图案。6.根据权利要求1所述的物理重建系统，其特征在于，所述数字材料由所述至少两种成型材料构成的一定义图案定义。7.根据权利要求5所述的物理重建系统，其特征在于，所述图案被配置用于提供一所需的机械及/或物理特性。8.根据权利要求1所述的物理重建系统，其特征在于，所述数字材料被定义在多个层上。9.根据权利要求1至8任一项所述的物理重建系统，其特征在于，所述成型材料的不同机械特性选自于硬度、弹性、密度、色彩、透明度、吸水率(％)、溶液吸收率(％)、非聚合液体组成及奈米颗粒组成所组成的群组中。10.根据权利要求1至8任一项所述的物理重建系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·季科夫斯基，斯坦尼斯拉夫·薛提尔曼，
申请(专利权)人：斯特拉塔西斯公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL