基于医学成像和质量控制的3D打印体模制作方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于医学成像和质量控制的3D打印体模制作方法及系统，包括：医学图像输入单元，用于输入医学图像；测试模块选择单元，用于选择体模的测试模块；成像精度输入单元，用于输入测试模块的尺寸；自检测校对单元，根据所选择的测试模块、成像精度和体模的外壳，对所选择方案进行可行性评估，如果评估通过，则根据所选择方案的体模总体外径和测试模块，自动分割体模打印组件，设计打印组件间连接结构，采用组合式熔融堆积和光敏成形方案；如果所选择方案存在模块重复、矛盾、设计尺寸不合理问题时，评估不通过，将错误问题报告用户，并生成修改建议；打印单元，用于3D打印体模。

3D print model making method and system based on medical imaging and quality control

【技术实现步骤摘要】
基于医学成像和质量控制的3D打印体模制作方法及系统
本专利技术涉及基于医学成像和质量控制的3D打印体模制作方法及系统。
技术介绍
体模(Phantom)，又称模体，在医学成像中主要用于医学成像系统成像质量的检测和质量控制工作，是成像测试的标准器。如用于测量成像的分辨率、对比度、信噪比等。目前的医学成像体模，尤其是磁共振体模、CT体模和核医学成像体模，主要依赖于机械加工和模具制作技术，这些制作方法导致体模制作过程中存在漏水、粘合不牢固、复杂外形无法制作、多模块装配导致精度变差等技术问题；同时由于采用模具制作方法，导致体模制作的可变性、灵活度差，无法根据客户要求快速、灵活和低成本的制作出非固定尺寸和非常规结构的体模。同样对于不同成像模式的成像组合，也无法快速制造出多模态的成像检测模体。现有技术存在以下缺点：第一，现有市场上的体模制作，不能够基于多模态医学成像进行制作，且不能够进行个性化定制尺寸；第二，现有市场上的体模制作，制造出来的体模精度较差。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于医学成像和质量控制的3D打印体模制作方法及系统，它具有基于多模态医学成像实现3D打印体模制作，而且在制作过程中，可以对体模的各项参数进行调整。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：基于医学成像和质量控制的3D打印体模制作系统，包括：医学图像输入单元，用于输入医学图像；所述医学成像，包括：CT成像、MRI成像、PET/SPECT成像或多模态成像；所述多模态成像是指PET/CT、PET/MRI、SPECT/CT、SPECT/MRI成像。测试模块选择单元，用于选择体模的测试模块；成像精度输入单元，用于输入测试模块的尺寸；外壳输入单元，用于选择体模的外壳；自检测校对单元，根据所选择的测试模块、测试模块的尺寸和体模的外壳，对所选择方案进行可行性评估，如果评估通过，则根据所选择方案的体模总体外径和测试模块，自动分割体模打印组件，设计打印组件间连接结构，采用组合式熔融堆积和光敏成形方案；如果所选择方案存在模块重复、矛盾、设计尺寸不合理问题时，评估不通过，将错误问题报告用户，并生成修改建议。打印单元，用于3D打印体模。所述体模的测试模块，包括：高对比度分辨率模块、低对比度分辨率模块、对比度模块、信噪比/均匀度模块、几何畸变模块、CT值/驰豫样品模块、测试样品管模块、层厚/层间隔模块、伪影模块、立体定位模块、调制传递函数模块、3维立体定位模块和图像融合配准模块；所述高对比度分辨率模块，允许选用范围为0.5LP/cm～25LP/cm，每种分辨率均采用孔和对等间隔、槽和对等间隔的模块方案；选用分辨率间隔的区间为0.2～5LP/cm，所述高对比度分辨率模块自动计算用户的选择方案组合是否合理，是否能够在选定的体模尺寸内完整放置，并自动告知用户。所述低对比度分辨率模块，允许选用孔径范围为0.1～20mm，每种孔径孔数4-12个，允许选用的同等孔径孔深度范围为0.1～20mm，形成的同等孔径深度百分比差异从0.1％～75％；所述低对比度分辨率模块，自动计算用户的选择方案组合是否合理，是否能够在选定的体模尺寸内完整放置，并自动告知用户。所述对比度模块，用于测试图像对比度分辨率或灰度分辨率。所述信噪比/均匀度模块，为一段1-3cm高的均匀密度区域，充满各项同性的测试液或物理实体。当用于CT质控目的时，所述信噪比/均匀度模块，为均质胶体或充盈测试液的空间区域。当用于磁共振质控目的时，所述信噪比/均匀度模块，为充满测试液(双蒸水、无水硫酸铜、氯化钠/氯化镍)的空间区域。当用于核医学成像质控目的时，所述信噪比/均匀度模块，为充盈示踪剂测试液的空间区域。所述几何畸变模块，允许选用直径为0.5x0.5cm-2x2cm，厚度小于0.2cm的网格/格栅结构，网格数量由16-60个，所述网格偏中心处设有1-3个网格实心块。所述CT值/驰豫样品模块，用于测试CT成像系统对标准CT值物质的测量精度，或测试MRI成像系统对标准物质的弛豫时间值的测量精度。测试样品管模块，为1-3cm直径的一端封闭空管，封闭空管内允许放入棒状物质或注入液体。当用于CT质控目的时，测试样品管模块为可插入的具有设定CT值的棒状标准物质，所述棒状标准物质，包括：聚乙烯棒、ABS塑料棒、树脂棒或金属棒。棒状标准物质具有标准CT值，作为金标准用于检测CT成像测量精度。当用于磁共振质控目的时，测试样品管模块为可注入不同弛豫时间的测试液，所述测试液，包括：油、纯水或对比剂。所述测试液的弛豫时间值，作为金标准用于检测磁共振弛豫时间测试精度。当用于核医学质控目的时，测试样品管模块为可注入不同半衰期的放射性核素示踪剂。放射性核素示踪剂的弛豫时间值，作为标准信号亮度用于测试核医学成像系统的检测精度。所述层厚/层间隔模块，为交叉角度为30-65度的1-3mm含测试液狭缝。当用于CT质控目的时，层厚/层间隔模块为同样交叉或同样倾斜角度的金属丝或金属棒；当用于测试CT成像目的时，层厚/层间隔模块为实际层厚/层间隔同设定层厚/层间隔之间的误差。所述伪影模块(磁共振伪影测试)，为四个月牙状弧形实物，位于圆形区域的四端。计算频率编码方向和相位编码方向的卷折、运动、正交各种成像伪影。所述立体定位模块，用于测试医学成像系统激光定位的准确性。所述调制传递函数模块，为60-360度的锥形条群，每个锥形尖端向内，围成圆弧或圆形，锥形尖端顶角为1.5-3度，锥形间隔放置，间隔和锥形尺寸相同。所述调制传递函数模块，，还包括用于定位的圆形、楔形、带直角方块和带指示顶角的三角块。圆形内部有带直角的方块，圆形外部有带指示顶角的三角形块。楔形用于计算磁共振、CT和核医学成像的分辨率模糊带，从而计算极限分辨率；带直角方块用于绘制投影计算点扩散和线扩散函数，然后通过积分方式计算调制传递函数MTF；带指示顶角的三角块用于绘制参考中心线。所述3维立体定位模块，用于磁共振横断/矢状/冠状位定位准确性测试、CT激光定位准确度测试、核医学成像系统极光定位准确度测试，所述3维立体定位模块为三组双对角型块，对角型块为两个直角三角形，对称放置。扫描定位失准时，影像中的一组对角型块切层会出现长短不一致的情况，定量说明定位偏差。扫描定位准确时，对角型块切层将会长短一致。所述图像融合配准模块，用于PET/CT、PET/MRI、SPECT/CT、SPECT/MRI的多模态图像融合配准测试，末端为球形或方形容器的多管容器。当用于SPECT/MRI、PET/MRI质控目的时，允许用0.2-5cm的不同球形/方形容器设计，球形或方形的质心位于同一层面；容器内用于灌注磁共振测试液或放射性示踪剂，用于亮区或暗区显示，进行多模态图像配准融合检测。所述成像精度输入单元，包括：外壳尺寸模块、插件尺寸模块、分辨率精度模块、对比度精度模块、几何畸变精度模块、调制函数精度模块、CT值/样品数量模块、层厚精度模块、图像配准类型模块、图像融合类型模块、测试液类型模块和伪影精度模块；所述外壳尺寸模块，用于设置体模外壳的尺寸和样式。所述插件尺寸模块，用于设置体模的测试模块的尺寸。所述分辨率精度模块，用于设置高对比度分辨率模块或低对比度分辨率模块的尺寸。所述对比度精度模块，用于设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于医学成像和质量控制的3D打印体模制作系统，其特征是，包括：医学图像输入单元，用于输入医学图像；所述医学成像，包括：CT成像、MRI成像、PET/SPECT成像或多模态成像；所述多模态成像是指PET/CT、PET/MRI、SPECT/CT、SPECT/MRI成像；测试模块选择单元，用于选择体模的测试模块；成像精度输入单元，用于输入测试模块的尺寸；外壳输入单元，用于选择体模的外壳；自检测校对单元，根据所选择的测试模块、测试模块的尺寸和体模的外壳，对所选择方案进行可行性评估，如果评估通过，则根据所选择方案的体模总体外径和测试模块，自动分割体模打印组件，设计打印组件间连接结构，采用组合式熔融堆积和光敏成形方案；如果所选择方案存在模块重复、矛盾、设计尺寸不合理问题时，评估不通过，将错误问题报告用户，并生成修改建议；打印单元，用于3D打印体模。

【技术特征摘要】
1.基于医学成像和质量控制的3D打印体模制作系统，其特征是，包括：医学图像输入单元，用于输入医学图像；所述医学成像，包括：CT成像、MRI成像、PET/SPECT成像或多模态成像；所述多模态成像是指PET/CT、PET/MRI、SPECT/CT、SPECT/MRI成像；测试模块选择单元，用于选择体模的测试模块；成像精度输入单元，用于输入测试模块的尺寸；外壳输入单元，用于选择体模的外壳；自检测校对单元，根据所选择的测试模块、测试模块的尺寸和体模的外壳，对所选择方案进行可行性评估，如果评估通过，则根据所选择方案的体模总体外径和测试模块，自动分割体模打印组件，设计打印组件间连接结构，采用组合式熔融堆积和光敏成形方案；如果所选择方案存在模块重复、矛盾、设计尺寸不合理问题时，评估不通过，将错误问题报告用户，并生成修改建议；打印单元，用于3D打印体模。2.如权利要求1所述的基于医学成像和质量控制的3D打印体模制作系统，其特征是，所述体模的测试模块，包括：高对比度分辨率模块、低对比度分辨率模块、对比度模块、信噪比/均匀度模块、几何畸变模块、CT值/驰豫样品模块、测试样品管模块、层厚/层间隔模块、伪影模块、立体定位模块、调制传递函数模块、3维立体定位模块和图像融合配准模块；所述高对比度分辨率模块，允许选用范围为0.5LP/cm～25LP/cm，每种分辨率均采用孔和对等间隔、槽和对等间隔的模块方案；选用分辨率间隔的区间为0.2～5LP/cm，所述高对比度分辨率模块自动计算用户的选择方案组合是否合理，是否能够在选定的体模尺寸内完整放置，并自动告知用户；所述低对比度分辨率模块，允许选用孔径范围为0.1～20mm，每种孔径孔数4-12个，允许选用的同等孔径孔深度范围为0.1～20mm，形成的同等孔径深度百分比差异从0.1％～75％；所述低对比度分辨率模块，自动计算用户的选择方案组合是否合理，是否能够在选定的体模尺寸内完整放置，并自动告知用户；所述对比度模块，用于测试图像对比度分辨率或灰度分辨率。3.如权利要求2所述的基于医学成像和质量控制的3D打印体模制作系统，其特征是，所述信噪比/均匀度模块，为一段1-3cm高的均匀密度区域，充满各项同性的测试液或物理实体；当用于CT质控目的时，所述信噪比/均匀度模块，为均质胶体或充盈测试液的空间区域；当用于磁共振质控目的时，所述信噪比/均匀度模块，为充满测试液的空间区域；当用于核医学成像质控目的时，所述信噪比/均匀度模块，为充盈示踪剂测试液的空间区域。4.如权利要求2所述的基于医学成像和质量控制的3D打印体模制作系统，其特征是，所述几何畸变模块，允许选用直径为0.5x0.5cm-2x2cm，厚度小于0.2cm的网格/格栅结构，网格数量由16-60个，所述网格偏中心处设有1-3个网格实心块；所述CT值/驰豫样品模块，用于测试CT成像系统对标准CT值物质的测量精度，或测试MRI成像系统对标准物质的弛豫时间值的测量精度；测试样品管模块，为1-3cm直径的一端封闭空管，封闭空管内允许放入棒状物质或注入液体；当用于CT质控目的时，测试样品管模块为可插入的具有设定CT值的棒状标准物质，所述棒状标准物质，包括：聚乙烯棒、ABS塑料棒、树脂棒或金属棒；棒状标准物质具有标准CT值，作为金标准用于检测CT成像测量精度；当用于磁共振质控目的时，测试样品管模块为可注入不同弛豫时间的测试液，所述测试液，包括：油、纯水或对比剂；所述测试液的弛豫时间值，作为金标准用于检测磁共振弛豫时间测试精度；当用于核医学质控目的时，测试样品管模块为可注入不同半衰期的放射性核素示踪剂；放射性核素示踪剂的弛豫时间值，作为标准信号亮度用于测试核医学成像系统的检测精度。5.如权利要求2所述的基于医学成像和质量控制的3D打印体模制作系统，其特征是，所述层厚/层间隔模块，为交叉角度为30-65度的1-3mm含测试液狭缝；当用于CT质控目的时，层厚/层间隔模块为同样交叉或同样倾斜角度的金属丝或金属棒；当用于测试CT成像目的时，层厚/层间隔模块为实际层厚/层间隔同设定层厚/层间隔之间的误差；所述伪影模块，为四个月牙状弧形实物，位于圆形区域的四端；计算频率编码方向和相位编码方向的卷折、运动、正交各种成像伪影；所述立体定位模块，用于测试医学成像系统激光定位的准确性；所述调制传递函数模块，为60-360度的锥形条群，每个锥形尖端向内，围成圆弧或圆形，锥形尖端顶角为1.5-3度，锥形间隔放置，间隔和锥形尺寸相同；所述调制传递函数模块，，还包括用于定位的圆形、楔形、带直角方块和带指示顶角的三角块；圆形内部有带直角的方块，圆形外部有带指示顶角的三角形块；楔形用于计算磁共振、CT和核医学成像的分辨率模糊带，从而计算极限分辨率；带直角方块用于绘制投影计算点扩散和线扩散函数，然后通过积分方式计算调制传递函数MTF；带指示顶角的三角块用于绘制参考中心线。6.如权利要求2所述的基于医学成像和质量控制的3D打印体模制作系统，其特征是，所述3维立体定位模块，用于磁共振横断/矢状/冠状位定位准确性测试、CT激光定位准确度测试、核医学成像系统极光定位准确度测试，所述3维立体定位模块为三组双对角型块，对角型块为两个直角三角形，对称放置；扫描定位失准时，影像中的一组对角型块切层...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱建峰，
申请(专利权)人：泰山医学院，
类型：发明
国别省市：山东,37