語義醫(yī)學(xué)圖像用以3d打印解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]本實(shí)施例涉及根據(jù)醫(yī)學(xué)成像而三維(3D)打印解剖學(xué)結(jié)構(gòu)。
[0002]3D打印主要通過加成過程來打印來自3D模型的三維對象，在所述加成過程中，接連的材料層在計(jì)算機(jī)控制下被敷設(shè)。雖然3D打印能夠打印任何3D對象，但是打印3D解剖學(xué)結(jié)構(gòu)對于患者、醫(yī)師以及外科醫(yī)生而言是顯著有興趣的。臨床上，外科醫(yī)生可以使用所打印的模型來用于對手術(shù)進(jìn)行規(guī)劃。準(zhǔn)父母可能喜愛他們的胎兒的3D模型。
[0003]3D解剖學(xué)模型可以得自3D醫(yī)學(xué)掃描，諸如使用計(jì)算的層析X射線攝影法、磁共振、或超聲波的掃描。3D醫(yī)學(xué)圖像掃描被提供給服務(wù)，所述服務(wù)從3D掃描中提取解剖學(xué)模型。人員手動地從醫(yī)學(xué)掃描中提取解剖學(xué)模型。所提取的模型通常以3D網(wǎng)格的格式而被保存。并不是每一個網(wǎng)格都可以通過3D打印機(jī)直接打印的。例如，直接打印3D球是困難的。支持基底(supporting base)應(yīng)當(dāng)與3D球相組合地設(shè)計(jì)和使用。對于其它結(jié)構(gòu)(例如，棱錐)，網(wǎng)格需要取向適當(dāng)以供3D打印(例如，棱錐取向成從底部到頂峰而被打印)。因此，人員手動地操縱3D網(wǎng)格以使得3D網(wǎng)格對于3D打印而言是適當(dāng)?shù)摹?D打印然后用于打印解剖體(anatomy)ο當(dāng)前的圖像到3D打印是大部分耗時并且需要專家的手動過程，因此可能不被部署用于一般的使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]作為介紹，以下描述的優(yōu)選實(shí)施例包括用于為根據(jù)醫(yī)學(xué)掃描數(shù)據(jù)而三維打印進(jìn)行準(zhǔn)備的方法、系統(tǒng)、指令和計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。創(chuàng)建患者特定的解剖體的為3D打印機(jī)準(zhǔn)備就緒的模型的過程被自動化。代替于手動操縱來自成像的3D網(wǎng)格以創(chuàng)建為3D打印機(jī)準(zhǔn)備就緒的模型，提供了自動化的操縱。分割也可以被自動化。在一種方法中，計(jì)算在解剖體的預(yù)確定的網(wǎng)格和患者特定的3D網(wǎng)格之間的變換。預(yù)確定的網(wǎng)格具有對應(yīng)的為3D打印機(jī)準(zhǔn)備就緒的模型。通過將變換應(yīng)用于為3D打印機(jī)準(zhǔn)備就緒的模型，為3D打印機(jī)準(zhǔn)備就緒的模型被變更成變成特定于患者。
[0005]在第一方面中，提供了一種用于為根據(jù)醫(yī)學(xué)掃描數(shù)據(jù)而三維打印進(jìn)行準(zhǔn)備的方法。從醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)獲取對患者的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表示的掃描數(shù)據(jù)。創(chuàng)建患者的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的表面的患者網(wǎng)格。處理器計(jì)算患者網(wǎng)格到模板網(wǎng)格的變換。處理器將變換應(yīng)用于與模板網(wǎng)格相對應(yīng)的三維打印模型，從而導(dǎo)致經(jīng)變換的三維打印模型。經(jīng)變換的三維打印模型被輸出到三維打印機(jī)。
[0006]在第二方面中，非暫時性的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)已經(jīng)在其中存儲了表示指令的數(shù)據(jù)，所述指令由經(jīng)編程的處理器可執(zhí)行以用于為根據(jù)醫(yī)學(xué)掃描數(shù)據(jù)而三維打印進(jìn)行準(zhǔn)備。存儲介質(zhì)包括用于以下各項(xiàng)的指令:在解剖體的患者特定的表示和解剖體的預(yù)確定的表示之間進(jìn)行扭曲(warp);并且基于所述扭曲而變更用于解剖體的預(yù)確定表示的三維打印構(gòu)造。
[0007]在第三方面中，提供了一種用于為根據(jù)醫(yī)學(xué)掃描數(shù)據(jù)而三維打印進(jìn)行準(zhǔn)備的系統(tǒng)。醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)被配置成對患者進(jìn)行掃描。處理器被配置成根據(jù)掃描而對患者的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分割并且根據(jù)經(jīng)分割的結(jié)構(gòu)而創(chuàng)建用于三維打印的模型。所述分割和創(chuàng)建在免于分割和創(chuàng)建期間的用戶輸入的情況下發(fā)生。
[0008]本發(fā)明由隨后的權(quán)利要求限定，并且本章節(jié)中沒有什么應(yīng)當(dāng)被理解為對那些權(quán)利要求的限制。本發(fā)明的另外的方面和優(yōu)點(diǎn)在以下結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例而進(jìn)行討論并且可以稍后獨(dú)立地或組合地被要求保護(hù)。
【附圖說明】
[0009]組件和各圖不一定是按比例的，強(qiáng)調(diào)代替地被置于說明本發(fā)明的原理上。此外，在各圖中，同樣的參考標(biāo)號指明貫穿不同視圖的對應(yīng)的部分。
[0010]圖1是用于為根據(jù)醫(yī)學(xué)掃描數(shù)據(jù)而三維打印進(jìn)行準(zhǔn)備的方法的一個實(shí)施例的流程圖圖解；
圖2示出了在患者特定的網(wǎng)格和模板網(wǎng)格之間的變換的示例；
圖3示出了以下的示例:將變換應(yīng)用于為3D打印機(jī)準(zhǔn)備就緒的模型從而導(dǎo)致特定于患者的為3D打印機(jī)準(zhǔn)備就緒的模型；以及
圖4是用于為根據(jù)醫(yī)學(xué)掃描數(shù)據(jù)而三維打印進(jìn)行準(zhǔn)備的系統(tǒng)的一個實(shí)施例的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]自動的圖像到3D打印的過程自動地從3D醫(yī)學(xué)掃描中提取語義結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格模型，所述語義結(jié)構(gòu)諸如器官、骨骼、氣道或脈管系統(tǒng)。自動準(zhǔn)備3D網(wǎng)格以用于3D打印。自動化的工作流不僅使得能夠?qū)崿F(xiàn)效率，而且還帶來標(biāo)準(zhǔn)化。
[0012]圖1示出了用于為根據(jù)醫(yī)學(xué)掃描數(shù)據(jù)而三維打印進(jìn)行準(zhǔn)備的方法。所述方法由圖4的系統(tǒng)來執(zhí)行，所述系統(tǒng)為處理器、醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)、不同的系統(tǒng)或其組合。醫(yī)學(xué)成像掃描儀或?qū)τ舍t(yī)學(xué)成像掃描儀所最初獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲的存儲器執(zhí)行動作30。處理器實(shí)現(xiàn)軟件以執(zhí)行動作32-38以及42。處理器是醫(yī)學(xué)成像掃描儀的部分或與醫(yī)學(xué)成像掃描儀分離(例如，隔開(sever)，工作站或個人計(jì)算機(jī))。3D打印機(jī)執(zhí)行動作40。
[0013]對于工作流或方法的輸入是掃描數(shù)據(jù)或得自掃描數(shù)據(jù)的點(diǎn)集(例如，經(jīng)分割的網(wǎng)格)。感興趣的解剖體可以被指示，諸如從列表中選擇解剖體。例如，用戶選擇應(yīng)用(例如肝臟)，這使得加載模板、分類器，或用于肝臟的圖像到3D打印的其它軟件?？商鎿Q地，處理器標(biāo)識感興趣的器官，諸如通過在醫(yī)學(xué)記錄中定位患者的診斷。所標(biāo)識的器官用于加載對應(yīng)的模板和/或分割。
[0014]所述方法以所示的次序或不同的次序來執(zhí)行。動作42在動作32之后或在動作38之前執(zhí)行，諸如被執(zhí)行為動作32的部分或在動作34之前，或者在動作36之前、作為動作36的部分或在動作36之后執(zhí)行。
[0015]可以提供附加的、不同的或較少的動作。例如，不執(zhí)行動作30、32、40和/或42。作為另一示例，提供了用于將經(jīng)變換的3D打印模型轉(zhuǎn)換成用于特定3D打印機(jī)的格式的動作。所述方法是自動化的圖像到3D打印的一個示例，但是可以提供具有不同步驟的其它方法，諸如直接將用于特定解剖體的3D打印模型變換至患者的掃描數(shù)據(jù)。
[0016]在動作30中，獲取掃描數(shù)據(jù)。通過用醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)、在三維中掃描患者(例如容積掃描)而獲取掃描數(shù)據(jù)?？梢允褂萌魏螔呙琛＠?，X射線被計(jì)算的層析X射線攝影法(CT)系統(tǒng)用于掃描患者。在另一示例中，磁共振被磁共振(MR)成像儀使用或者超聲波被超聲波掃描儀使用。可以使用正電子發(fā)射、單光子發(fā)射式計(jì)算的層析X射線攝影法或其它掃描和對應(yīng)的成像系統(tǒng)。掃描數(shù)據(jù)是CT、MR、超聲波或其它的掃描數(shù)據(jù)?？商鎿Q地，從存儲器中獲取掃描數(shù)據(jù)，諸如從圖片歸檔和通信系統(tǒng)(PACS)加載掃描數(shù)據(jù)。之前用醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)所獲取的數(shù)據(jù)可以被加載為掃描數(shù)據(jù)。
[0017]掃描數(shù)據(jù)處于處理的任何階段。例如，掃描數(shù)據(jù)是原始數(shù)據(jù)(例如，如來自CT的原始數(shù)據(jù)的一系列幀、來自MR的k-空間數(shù)據(jù)的集合、或可以被重新構(gòu)造到容積中的聲學(xué)格網(wǎng)(grid)中的聲學(xué)波束成形的數(shù)據(jù))或如從對患者進(jìn)行掃描中所檢測的數(shù)據(jù)。作為另一示例，數(shù)據(jù)被處理，諸如被濾波或圖像處理。掃描數(shù)據(jù)可以被處理成體元、點(diǎn)數(shù)據(jù)、或經(jīng)分割的網(wǎng)格的集合。掃描數(shù)據(jù)可以是圖像數(shù)據(jù)。圖像數(shù)據(jù)可以指代實(shí)際顯示的圖像或指代用于生成顯示的數(shù)據(jù)幀。
[0018]掃描數(shù)據(jù)被獲取作為數(shù)據(jù)幀?？梢允褂门c幀不同的其它分組。掃描數(shù)據(jù)的幀表示患者體內(nèi)的區(qū)域(例如容積)。所述區(qū)域包括任何解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，諸如器官、組織、骨骼或脈管系統(tǒng)?？梢员硎酒渌墙馄蕦W(xué)結(jié)構(gòu)，諸如植入物或?qū)Ч?。所述區(qū)域可以包括一個或多個解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的僅部分。通過掃描區(qū)域，獲取表示解剖體的數(shù)據(jù)?？梢员硎救魏谓馄蕦W(xué)結(jié)構(gòu)。為了示例的目的，掃描區(qū)域是患者的下部軀干并且包括肝臟作為解剖學(xué)結(jié)構(gòu)。
[0019]在動作34中，創(chuàng)建患者的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的表面的患者網(wǎng)格。在掃描數(shù)據(jù)中標(biāo)識感興趣的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)。標(biāo)識整個解剖學(xué)結(jié)構(gòu)或解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的部分。例如，標(biāo)識肝臟。用戶可以在從掃描數(shù)據(jù)中生成的圖像上輸入