基于3D打印的超声波立体模型构建方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于3D打印的超声波立体模型构建方法及装置，包括：利用超声探头对待测组织表面进行二维扫描，发射超声波至所述待测组织上，并接收反射的超声回波信号；对所述超声回波信号进行预处理；根据预处理后的超声回波信号，确定所述待测组织上各个扫描位置点的内部结构参数；根据所述待测组织上各个扫描位置点的内部结构参数和对应的扫描位置点，构建所述待测组织的立体模型，并通过3D打印系统打印所述立体模型。本发明专利技术实施例提供的技术方案，可以用于医疗行业，用于对人体器官等进行体外模型制造，便于进行体外模拟治疗，更加有效的观察人体器官的形态、病变等，提高治疗的有效性和安全性。

【技术实现步骤摘要】
基于3D打印的超声波立体模型构建方法及装置
本专利技术涉及医学超声波
，尤其涉及一种基于3D打印的超声波立体模型构建方法及装置。
技术介绍
肿瘤是机体在各种致瘤因素作用下，局部组织的细胞在基因水平上失去对其生长的正常调控导致异常增生与分化而形成的新生物。恶性肿瘤的生长会破坏正常的组织和器官，并且其生长速度快，易发生出血、坏死、溃疡等，造成人体消瘦、无力、贫血、食欲不振、发热以及严重的脏器功能受损等，最终造成患者死亡，是目前对人类健康威胁最大的疾病之一。如果能过建立精确的肿瘤模型，将更加高效精确地实现肿瘤的诊断，这对肿瘤的诊断和治疗具有重大意义。在医学领域中，三维定量测量器官或创伤的长度、角度、面积或体积对于精确地了解解剖结构、研究器官或组织的生理行为以及随后给出准确诊断结论是相当重要的。通常精确的三维测量仅可通过由磁共振成像(MRI)和X射线计算机断层照影(CT)得到的体积图像来实现。MRI或CT技术进行的三维测量检查诊断费用昂贵、数据处理也非常耗时。此外，在进行X射线CT扫描时，受检者不得不承受有害的辐射。与CT和MRI不同的是，采用超声波成像技术具有价格低廉、非辐射性、非损伤性和易于操作等优点。但是传统的二维B超声波扫描系统，操作者在受检者的皮肤上方移动探头并实时产生探头下方的二维解剖学横截面图像。该方法可以进行快速的组织测量。但是，受二维图像信号的限制，随后的图像分析仅局限于单个二维平面。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于3D打印的超声波立体模型构建方法及装置。为此目的，本专利技术提出了一种基于3D打印的超声波立体模型构建方法，包括：利用超声探头对待测组织表面进行二维扫描，发射超声波至所述待测组织上，并接收反射的超声回波信号；对所述超声回波信号进行预处理；根据预处理后的超声回波信号，确定所述待测组织上各个扫描位置点的内部结构参数；根据所述待测组织上各个扫描位置点的内部结构参数和对应的扫描位置点，构建所述待测组织的立体模型，并通过3D打印系统打印所述立体模型。优选的，所述对超声回波信号进行预处理，包括：对所述超声回波信号进行时间增益补偿放大处理；将放大处理后的超声回波信号进行预滤波处理；将经过预滤波的所述超声回波信号转换为数字信号，得到数字回波信号。优选的，所述对超声回波信号进行预处理，还包括：对所述数字回波信号进行存储。优选的，根据预处理后的超声回波信号，确定所述待测组织上各个扫描位置点的内部结构参数，具体包括：根据各个扫描位置点的所述超声波的发射时间、所述超声回波信号的接收时间以及所述超声回波信号的幅值，计算各个扫描位置点的所述待测组织的超声波传播速度，确定各个扫描位置点的待测组织的厚度、密度和声阻抗。优选的，所述根据所述待测组织上各个扫描位置点的内部结构参数和对应的扫描位置点，构建所述待测组织的立体模型，包括根据所述各个扫描位置点的待测组织的厚度、密度和声阻抗得到连续的二维超声图像；将所述连续的二维超声图像进行三维重构，形成所述待测组织的立体模型。另一方面，本专利技术实施例还提供了一种基于3D打印的超声波立体模型构建装置，该装置包括：依次连接的超声探头、数据预处理模块、数据处理模块和3D打印系统；所述超声探头用于对待测组织表面进行二维扫描，发射超声波至所述待测组织上，并接收反射的超声回波信号；所述数据预处理模块用于对所述超声回波信号进行预处理；所述数据处理模块用于根据预处理后的超声回波信号，确定所述待测组织上各个扫描位置点的内部结构参数；根据所述待测组织上各个扫描位置点的内部结构参数和对应的扫描位置点，构建所述待测组织的立体模型；所述3D打印系统用于打印所述立体模型。优选的，所述数据预处理模块包括：与所述超声探头连接的主控单元，依次连接的时间增益补偿放大单元、预滤波单元、A/D转换单元；所述主控单元连接所述时间增益补偿放大单元；所述主控单元用于向所述超声探头发送扫描控制信号，并接收所述超声探头返回的超声回波信号；所述时间增益补偿放大单元用于对所述超声回波信号进行时间增益补偿放大处理；所述预滤波单元用于将放大处理后的超声回波信号进行预滤波处理；所述A/D转换单元用于将经过预滤波的所述超声回波信号转换为数字信号，得到数字回波信号。优选的，所述数据预处理模块还包括：与所述A/D转换单元连接的数据缓存单元、与所述数据缓存单元连接的接口传输单元；所述数据缓存单元用于对所述数字回波信号进行存储；所述接口传输单元用于将所述数据缓存单元存储的数字回波信号传输至所述数据处理模块。优选的，该装置还包括：与所述主控单元连接的步进电机；所述步进电机用于在所述主控单元的控制下，驱动所述超声探头在二维扫描平台上移动。优选的，所述数据处理模块具体用于：根据各个扫描位置点的所述超声波的发射时间、所述超声回波信号的接收时间以及所述超声回波信号的幅值，计算各个扫描位置点的所述待测组织的超声波传播速度，确定各个扫描位置点的待测组织的厚度、密度和声阻抗；根据所述各个扫描位置点的待测组织的厚度、密度和声阻抗得到连续的二维超声图像；将所述连续的二维超声图像进行三维重构，形成所述待测组织的立体模型。本专利技术实施例提供的一种基于3D打印的超声波立体模型构建方法与装置，通过超声探头对待测组织进行扫描，获取待测组织的结构参数构建立体模型，并通过3D打印技术将虚拟的立体模型变成实体的立体模型，本专利技术实施例提供的技术方案，可以用于医疗行业，用于对人体器官等进行体外模型制造，便于进行体外模拟治疗，更加有效的观察人体器官的形态、病变等，提高治疗的有效性和安全性。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，在附图中：图1为本专利技术实施例提供的基于3D打印的超声波立体模型构建方法的流程示意图；图2为本专利技术另一实施例提供的基于3D打印的超声波立体模型构建方法的步骤S2的具体流程示意图；图3为本专利技术又一实施例提供的基于3D打印的超声波立体模型构建方法的步骤S2的具体流程示意图；图4为本专利技术实施例提供的基于3D打印的超声波立体模型构建装置的框架示意图；图5为本专利技术实施例提供的基于3D打印的超声波立体模型构建装置的结构示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的实施例进行详细描述。3D打印技术是一项新兴的技术，它提供了一种简单、快捷、灵活性好、高精度的3D模型结构构建方法，在虚拟测试的发展过程中起到了很大的作用，通常采用数字技术材料打印机来实现的，常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造。目前，3D打印技术已经可以广泛应用于医疗等多个方面，其中运用3D打印技术进行医疗模型构筑是一个非常有前景的方向。但是，基于3D打印技术的虚拟成像还没被大规模应用于实际。利用超声成像可以定量分析出待测组织的波速、声阻抗、衰减、反向散射系数和非线性等参数，结合3D打印技术可以构造出精准的组织模型，有助于进行微调用药剂量，甚至可以针对不同病人的状况度身定制个人治疗方案，并且3D打印技术会为治疗带来新的思路，即体外制造模型，并且可用液体填充，让医生更好更详细地观察药剂流动情况，有助于评估合适的用药剂量，可以帮助医生更有效地治疗癌症，此外还可以通过3D细胞打印技术，直接在体外打本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于3D打印的超声波立体模型构建方法，其特征在于，包括：利用超声探头对待测组织表面进行二维扫描，发射超声波至所述待测组织上，并接收反射的超声回波信号；对所述超声回波信号进行预处理；根据预处理后的超声回波信号，确定所述待测组织上各个扫描位置点的内部结构参数；根据所述待测组织上各个扫描位置点的内部结构参数和对应的扫描位置点，构建所述待测组织的立体模型，并通过3D打印系统打印所述立体模型。

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印的超声波立体模型构建方法，其特征在于，包括：利用超声探头对待测组织表面进行二维扫描，发射超声波至所述待测组织上，并接收反射的超声回波信号；对所述超声回波信号进行预处理；根据预处理后的超声回波信号，确定所述待测组织上各个扫描位置点的内部结构参数；根据所述待测组织上各个扫描位置点的内部结构参数和对应的扫描位置点，构建所述待测组织的立体模型，并通过3D打印系统打印所述立体模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对超声回波信号进行预处理，包括：对所述超声回波信号进行时间增益补偿放大处理；将放大处理后的超声回波信号进行预滤波处理；将经过预滤波的所述超声回波信号转换为数字信号，得到数字回波信号。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对超声回波信号进行预处理，还包括：对所述数字回波信号进行存储。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预处理后的超声回波信号，确定所述待测组织上各个扫描位置点的内部结构参数，具体包括：根据各个扫描位置点的所述超声波的发射时间、所述超声回波信号的接收时间以及所述超声回波信号的幅值，计算各个扫描位置点的所述待测组织的超声波传播速度，确定各个扫描位置点的待测组织的厚度、密度和声阻抗。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述待测组织上各个扫描位置点的内部结构参数和对应的扫描位置点，构建所述待测组织的立体模型，包括根据所述各个扫描位置点的待测组织的厚度、密度和声阻抗得到连续的二维超声图像；将所述连续的二维超声图像进行三维重构，形成所述待测组织的立体模型。6.一种基于3D打印的超声波立体模型构建装置，其特征在于，包括：依次连接的超声探头、数据预处理模块、数据处理模块和3D打印系统；所述超声探头用于对待测组织表面进行二维扫描，发射超声波至所述待测组织上，并接收反射的超声回波信号；所述数据预处理模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙明健，屈亚威，付颖，马立勇，李儒雅，郭甦，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东,37