一种基于3D打印及可视化算法的神经导航辅助系统的制作方法

一种基于3d打印及可视化算法的神经导航辅助系统
技术领域
1.本发明涉及3d打印技术领域，具体为一种基于3d打印及可视化算法的神经导航辅助系统。


背景技术：

2.随着医学成像技术的高速发展，四大主流影像设备x线、ct、mri与超声在性能上取得了很大的提高，其输出的二维医学图像(一种医学图像标准) 影像是临床医生日常诊断工作的主要依赖手段，对于复杂病例和手术案例，仅包含平面解剖信息的二维影像已不能满足医生精准诊断与治疗的要求，使用计算机对影像序列(主要针对ct与mri的成像)进行分析与处理，重建目标器官、部位与相关组织的三维可视化模型，通过计算机仿真观测以获取更直观的病况信息，是目前的各大医院最常用方法。
3.3d打印技术，也称增材制造技术，是一种利用计算机软件、新型打印材料及打印设备共同发展的快速成型技术，首次应用于工业领域取得了巨大的成功，如今在医疗领域，尤其是临床应用方面，通过将重建的三维模型针进行实体打印，实现手术规划演练以提高手术的成功率，从而更好的解决医患沟通问题，针对复杂的手术案例，可以根据术中部位设计专门的手术导板，从而有效降低手术的难度与术后并发症的发生。
4.近代科技的发展也在推动着外科手术设备的更新和进步，在神经外科以及脑外科手术方面，已经实现了在大脑内像“卫星定位”系统一样的精准定位装备，这就是“神经导航”系统，其意义在于确定病变的位置和边界，从而尽可能地高效切除肿瘤并减少对大脑的损伤。
[0005]“神经导航”系统也称作医学影像后处理软件，是利用计算机对医学影像设备采集到的医学图像影像进行后处理的软件，但该软件系统仅是针对医生诊断的需求来进行设计，即在三维可视化模型上采用的是容积重建，是一种仅供查看的模型，它不能用于实体模型打印，更不能用于后续治疗过程中手术导板与个性化植入物的设计，故而提出一种基于3d打印及可视化算法的神经导航辅助系统以解决上述问题。


技术实现要素：

[0006]
(1)解决的技术问题
[0007]
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于3d打印及可视化算法的神经导航辅助系统，具备进行三维模型重建打印与手术规划的优点，解决了市面上的软件系统仅是针对医生诊断的需求来进行设计，即在三维可视化模型上采用的是容积重建，是一种仅供查看的模型，它不能用于实体模型打印，更不能用于后续治疗过程中手术导板与个性化植入物的设计的问题。
[0008]
(二)技术方案
[0009]
为实现上述进行三维模型重建打印与手术规划的目的，本发明提供如下技术方案：一种基于3d打印及可视化算法的神经导航辅助系统，包括：
[0010]
数据管理模块，用以对数据进行管理；
[0011]
安全性模块，用以对数据的安全性进行监管；
[0012]
模型建模模块，用以对目标组织和器官进行三维模型；
[0013]
手术规划模块，根据得到的目标组织和器官的三维模型进行手术规划；
[0014]
3d打印模块，用以对建模的目标组织和器官模型进行打印。
[0015]
优选的，所述数据管理模块包括用户管理、病例库和系统配置，所述用户管理包括用户信息的录入、修改和存储，所述病例库子功能模块进一步细分为新病例创建、数据导入、数据删除、病例浏览和病例删除，所述系统配合为医院科室管理。
[0016]
优选的，所述安全性模块包括了数据加密、病人隐私保护、权限访问和日志记录，所述数据加密针对传输中的医学图像影像、三维数据模型和图片等数据文件进行压缩打包、加密与一致性校验，所述病人隐私保护为对涉及病人隐私的信息进行匿名化，所述权限访问为对系统中数据的访问边界提供限制。
[0017]
优选的，所述模型建模模块包括医学图像浏览、图像分割、逐层编辑和三维建模，所述医学图像为浏览日常二维医学图像影像序列浏览所需的操作与工具。
[0018]
优选的，所述图像分割为通过阈值分割、框选分割、区域增长、团块分割等方法工具，实现对二维医学图像影像序列在三维空间上的目标组织、器官的快速分离，其分割的结果以彩色的掩模(mask)表示，具体包括以下步骤：
[0019]
(1)先采用阈值分割，以目标与背景在医学图像影像中的差异，设置合适的阈值范围，进行分割提取；
[0020]
(2)针对多目标组织、器官的分割要求，可在阈值分割的基础上，进一步采用框选分割或区域增长实现；
[0021]
(3)团块分割是一种智能化的多目标分割方法，能够自动的将不连续的物体分割为多个独立的掩模。
[0022]
优选的，所述逐层编辑为采用图层编辑的方式，对已有掩模进行加、减的编辑，同时设置每次作用的层数，实现多层同时编辑，所述编辑方式为画刷编辑、套索编辑和插值编辑，所述三维建模为针对图像分割与逐层编辑所获取的掩模，采用多边形表面拟合算法进行三维重建，得到对应的三维模型。
[0023]
优选的，所述手术规划模块包括模型观察、测量规划、手术导板和内植入物设计，所述测量规划为在二维或三维视图上进行测量与规划操作，从而达到术前规划的目的。
[0024]
(三)有益效果
[0025]
与现有技术相比，本发明提供了一种基于3d打印及可视化算法的神经导航辅助系统，具备以下有益效果：
[0026]
该基于3d打印及可视化算法的神经导航辅助系统，该系统通过设置有数据管理、模型建模、三维可视化、工程服务、手术规划等核心功能模块，能够实现影像浏览和测量等常规操作，还能快速高质量的完成医学图像分割、三维模型重建与手术规划，以及后续手术导板与个性化植物的设计与打印，云端工程服务支持，实现了基于影像的临床一体化诊断，将手术导航与现实方案结合，提高临床手术的准确性和科学性，从而提高治疗水平，为影像及临床学科的发展提供强大的帮助。
附图说明
[0027]
图1为本发明提出的一种基于3d打印及可视化算法的神经导航辅助系统的总体功能模块示意图。
具体实施方式
[0028]
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029]
请参阅图1，一种基于3d打印及可视化算法的神经导航辅助系统，包括：
[0030]
数据管理模块，用以对数据进行管理；
[0031]
安全性模块，用以对数据的安全性进行监管；
[0032]
模型建模模块，用以对目标组织和器官进行三维模型；
[0033]
手术规划模块，根据得到的目标组织和器官的三维模型进行手术规划；
[0034]
3d打印模块，用以对建模的目标组织和器官模型进行打印。
[0035]
其中，所述数据管理模块包括用户管理、病例库和系统配置，所述用户管理包括用户信息的录入、修改和存储，所述病例库子功能模块进一步细分为新病例创建、数据导入、数据删除、病例浏览和病例删除，所述系统配合为医院科室管理。
[0036]
所述安全性模块包括了数据加密、病人隐私保护、权限访问和日志记录，所述数据加密针对传输中的医学图像影像、三维数据模型和图片等数据文件进行压缩打包、加密与一致性校验，所述病人隐私保护为对涉及病人隐私的信息进行匿名化，所述权限访问为对系统中数据的访问边界提供限制。
[0037]
所述模型建模模块包括医学图像浏览、图像分割、逐层编辑和三维建模，所述医学图像为浏览日常二维医学图像影像序列浏览所需的操作与工具。
[0038]
所述图像分割为通过阈值分割、框选分割、区域增长、团块分割等方法工具，实现对二维医学图像影像序列在三维空间上的目标组织、器官的快速分离，其分割的结果以彩色的掩模(mask)表示，具体包括以下步骤：
[0039]
(1)先采用阈值分割，以目标与背景在医学图像影像中的差异，设置合适的阈值范围，进行分割提取；
[0040]
(2)针对多目标组织、器官的分割要求，可在阈值分割的基础上，进一步采用框选分割或区域增长实现；
[0041]
(3)团块分割是一种智能化的多目标分割方法，能够自动的将不连续的物体分割为多个独立的掩模。
[0042]
所述逐层编辑为采用图层编辑的方式，对已有掩模进行加、减的编辑，同时设置每次作用的层数，实现多层同时编辑，所述编辑方式为画刷编辑、套索编辑和插值编辑，所述三维建模为针对图像分割与逐层编辑所获取的掩模，采用多边形表面拟合算法进行三维重建，得到对应的三维模型。
[0043]
所述手术规划模块包括模型观察、测量规划、手术导板和内植入物设计，所述测量规划为在二维或三维视图上进行测量与规划操作，从而达到术前规划的目的。
[0044]
本发明的有益效果是：该系统通过设置有数据管理、模型建模、三维可视化、工程服务、手术规划等核心功能模块，能够实现影像浏览和测量等常规操作，还能快速高质量的完成医学图像分割、三维模型重建与手术规划，以及后续手术导板与个性化植物的设计与打印，云端工程服务支持，实现了基于影像的临床一体化诊断，将手术导航与现实方案结合，提高临床手术的准确性和科学性，从而提高治疗水平，为影像及临床学科的发展提供强大的帮助。
[0045]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。