一種用于腎結石手術模擬教學的3d腎臟模型打印方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于用醫(yī)療輔助器械設備技術領域，具體涉及一種用于腎結石手術模擬教學的3D腎臟模型打印方法。
【背景技術】
[0002]泌尿系結石是泌尿科的常見病之一，占泌尿科住院人數(shù)的首位。自1976年Fernstrom等首先應用腎鏡通過經(jīng)皮穿刺擴張的腎造瘺通道進行腎盂結石取石術獲得成功，經(jīng)過30多年的發(fā)展，目前經(jīng)皮腎鏡碎石術(PCNL)已經(jīng)成為治療大結石、多發(fā)結石或下盞結石的金標準。PCNL作為有效和安全的微創(chuàng)手術，但又有其特殊的并發(fā)癥。術中、術后大出血的發(fā)生率約為13.7%，結腸、脾臟、肝臟損傷的發(fā)生率約為0.4%。最大程度提高手術碎石率和減少并發(fā)癥成為PCNL發(fā)展和研究的熱點。因此作為一種難度較大，風險較高的手術術式。在這個手術中醫(yī)師選擇最佳穿刺點是手術中的難點和關鍵點，而目前醫(yī)師在常規(guī)手術中只能通過術前二維CT圖像和術中B超定位來尋找穿刺點，缺少病人腎臟和結石的三維立體認識。而三維立體的解剖結構對于手術卻是非常重要的。這就要求醫(yī)師擁有豐富臨床手術經(jīng)驗與訓練時間，才能夠通過二維圖像在腦海中形成三維立體圖形。這不僅要求長時間的訓練，還很容易漏掉一些小的解剖結構，在一些疑難、存在解剖變異的情況下更容易發(fā)生危險。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種用于腎結石手術模擬教學的3D腎臟模型打印方法，本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有經(jīng)皮腎鏡碎石術作為作為有效和安全的微創(chuàng)手術，醫(yī)師選擇最佳穿刺點是手術中的難點和關鍵點，而目前醫(yī)師在手術中只能通過術前二維CT圖像和術中B超定位來尋找穿刺點，缺少病人腎臟和結石的三維立體認識，想通過二維圖像在腦海中形成三維立體圖形，這不僅要求長時間的訓練，還很容易漏掉一些小的解剖結構，在一些疑難、存在解剖變異的情況下更容易發(fā)生危險的問題。
[0004]本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn):
一種用于腎結石手術模擬教學的3D腎臟模型打印方法，使用MHOCS軟件利用CTU的平掃期獲得高密度的結石三維重建模型、通過動靜脈增強期獲得腎臟皮質(zhì)及動靜脈血管的三維重建模型、通過腎盂分泌增強期獲得腎盂及輸尿管的三維重建模型，從而獲得包括腎皮質(zhì)、腎髓質(zhì)、腎動靜脈、腎盂腎盞、輸尿管的腎臟三維重建模型，并最終通過將各個部分的三維重建模型組合在一起獲得一個完整的腎臟三維重建模型；上述方法包括如下步驟:
O患者常規(guī)進行CT尿路造影，CT尿路造影包括平掃期、動靜脈期、排泄期；在平掃期，結石及肋骨的灰度值較高，明顯區(qū)分于結石周圍軟組織；在動靜脈期，主動脈、腎動靜脈及腎臟皮質(zhì)的灰度值較高，明顯區(qū)分于腎盂腎盞及輸尿管；在排泄期，腎盂腎盞及輸尿管因為造影劑的原因也成較高灰度值，區(qū)分于其他軟組織，CT尿路造影數(shù)據(jù)采用Dicom格式保存，并通過光盤刻錄數(shù)據(jù)； 2)將步驟I中儲存CT尿路造影數(shù)據(jù)的光盤導入裝有Mimics軟件的電腦中，使用Mimics軟件中的閾值選取技術，分別對CT尿路造影中三個期中表現(xiàn)為高灰度值的結石及肋骨、腎臟皮質(zhì)及動靜脈、腎盂腎盞及輸尿管進行灰度值選取，并獲得它們的灰度值范圍，具體數(shù)據(jù)分別如下:結石及肋骨灰度值范圍226?1607HU、腎臟皮質(zhì)及動靜脈灰度值范圍112?1171HU、腎盂腎盞及輸尿管灰度值范圍226?1627Hu ；
3)利用Mimics軟件的區(qū)域增長技術依次對步驟2中三個期根據(jù)確定的密度值范圍選取多個層面的解剖結構使之成為一個完整的器官，對于因密度問題沒有被選中的腎臟部分進行手動添加，最后點擊Mimics軟件中Calculate 3D from Mask按鈕分別三維重建出被選中的密度值范圍內(nèi)的器官圖形；
4)通過Mimics軟件的多層編輯修飾、透明化、光滑處理技術修飾所有Mask的光滑度、透明度，刪除腎臟以外的圖形，分別得到CT尿路造影三個期的圖形為MSakl、Mask2、Mask3，再將Msakl、Mask2、Mask3組成一個完整的腎臟，在組合好的腎臟中，去除腎臟髓質(zhì)部分以更加直觀地顯示腎臟內(nèi)部結構；
5)將重建好的3D腎臟模型保存，保存的格式為STL格式；
6)將步驟5中的STL格式文件導入3D打印機中，調(diào)試好3D打印機后由3D打印機自動打印出來完整的3D腎臟模型。
[0005]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下明顯優(yōu)點:
本發(fā)明提供了一種新的人體腎臟復制品模型作為一種可以輔助到手術的手術器材或模擬教學品，有了這種患者的1:1 3D打印模型，不僅可以直觀地讓醫(yī)師了解到腎臟的解剖結構，還能夠為年輕醫(yī)師的教學，訓練提供幫助；
本發(fā)明所采用的MMICS軟件常規(guī)用于骨科的骨組織重建中，因為骨頭的密度高，MIMICS軟件可以直接選取出骨骼的三維重建模型，因為骨骼的密度值高于周圍軟組織，對于利用密度值來選取組織的MHOCS軟件來說十分簡單方便，沒有技術難度，但是對于如腎臟(包括腎皮質(zhì)、腎髓質(zhì)、腎動靜脈、腎盂腎盞、輸尿管)這種軟組織卻不能選取區(qū)分出各解剖形態(tài)；CT尿路造影是泌尿外科腎結石等疾病常規(guī)檢查項目，其中包括平掃期、動脈期、靜脈期、腎盂分泌期，本發(fā)明正是利用了 CT尿路造影的不同期的平掃加增強的效果，巧妙地區(qū)分開了腎臟不同解剖結構；本發(fā)明使用MIMICS軟件利用CT尿路造影的平掃期獲得高密度的結石三維重建模型；通過動靜脈增強期可以獲得腎臟皮質(zhì)及動靜脈血管的三維重建模型；通過腎盂分泌增強期可以獲得腎盂及輸尿管的三維重建模型。由此成功地獲得各個部分的腎臟三維重建模型，并最終通過將各個部分的三維重建模型組合在一起獲得一個完整的腎臟三維重建模型。為了更好直觀地顯示出腎臟內(nèi)部的解剖細節(jié)，腎臟髓質(zhì)作為一種在手術中關系不大的解剖結構，我們技術性地將其去除。
【附圖說明】
[0006]圖1為本發(fā)明平掃期獲得的腎臟結石及11肋骨、12肋骨的三維重建圖形；
圖2為本發(fā)明動靜脈期獲得的腎皮質(zhì)及腎靜動脈三維重建圖形；
圖3為本發(fā)明動靜脈期獲得重建出并修飾好的動脈圖形；
圖4為本發(fā)明利用排泄期重建好的腎盂和輸尿管；
圖5為本發(fā)明將腎臟各部分重新組合在一起的腎臟三維重建模型圖； 圖6為腎盂部分的局部放大圖。
【具體實施方式】
[0007]如圖1、2、3、4、5、6所示，本發(fā)明使用MIMICS軟件利用CTU的平掃期獲得高密度的結石三維重建模型、通過動靜脈增強期獲得腎臟皮質(zhì)及動靜脈血管的三維重建模型、通過腎盂分泌增