物理3D解剖结构模型制造制造技术

在本发明专利技术的一个方面中，要求保护一种系统和方法，其用于通过利用医学成像器获得和重建三维图像数据来提供用于解剖结构的三维制造的模型参数，其中，成像系统的成像采集参数和/或重建器的重建输入参数针对最大几何结构精度被优化。有利地，成像系统还被配置为获得解剖结构模型的材料和/或功能信息，并且该材料信息用于将材料信息并入于解剖模型中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】物理3D解剖结构模型制造
本专利技术总体上涉及用于提供3D模型参数以制造物理3D解剖结构模型的系统和方法、用于制造物理3D解剖结构模型的设备和方法以及计算机程序产品。
技术介绍
用于植入物(例如颅骨部分、髋关节、膝关节、牙齿植入物)或用于患者研究的解剖模型是已知的并且以诸如雕刻、铸造、蚀刻等的各种方式来制造。最近解剖部分也已经利用3D打印来制造。对于所有制造技术，重要的是要获得足够精确和可靠以作为制造的解剖模型的基础的患者的感兴趣解剖体的相关解剖数据。通常DICOM数据库被用于获得解剖数据，但是这不能保证与特定患者有关的个性化解剖模型的匹配。WO2015/074158A1公开了使用计算机断层摄影成像来获得患者的感兴趣解剖体的几何信息。几何数据(来自DICOM库或CT扫描)然后被转换为可以直接或间接用于制造模型的数据。例如，几何数据被转换为3DCAD数据，所述3DCAD数据可以直接被馈送至制造设备，诸如3D打印机。备选地，几何数据可以首先由另一设备处理，并且然后在3D模型制造过程中使用。然而，从医学成像获得可复写且准确的几何数据是一个问题，因为多数扫描器不被操作为诸如获得最高可能几何精度。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上述缺点并且允许解剖模型的更精确的并且通用的制造。根据本专利技术的实施例涉及一种用于提供3D模型参数以制造物理3D解剖模型的系统。所述系统包括：成像系统，其被配置为采集解剖结构的三维图像数据，重建器，其用于将所采集的三维图像数据重建为3D模型参数；以及3D模型提供单元23，其用于直接或间接地将3D模型参数提供给用于制造物理3D解剖模型的设备。用于提供经优化的参数的参数提供器提供针对最大几何精度被优化的成像系统的成像采集参数和/或重建器的重建输入参数。这允许制造具有高几何准确度的模型。在本系统的优选实施例中，参数提供器被实施为至少一个可选择预设参数设置。这为仅需要选择用于本专利技术的快速实施的经优化的参数的用户提供了工作的便利。在本系统的优选实施例中，系统还被配置为获得解剖结构的材料信息。优选地，材料信息包括以下中的一项或多项：材料成分；材料的结构分布，诸如材料密度或孔隙率；材料能量信息，诸如辐射吸收或反射性质；材料内的其他材料的灌注，诸如血液或造影剂灌注性质；组织对比度信息，诸如硬组织材料和软组织材料的对比度或者诸如硬组织材料和软组织材料之间的对比度；或者温度信息。该额外的信息可以用于获得比仅具有几何信息的更通用的解剖模型。在优选实施例中，成像系统是：3DX射线成像系统，诸如计算机断层摄影成像系统，优选地光谱3DX射线成像系统或相位对比X射线成像系统；磁共振成像系统；超声成像系统；正电子发射断层摄影成像系统；单光子发射计算机断层摄影系统；或其组合。本专利技术还涉及一种用于制造物理3D解剖结构模型的设备，所述设备被配置为基于从根据本专利技术的系统接收的3D模型参数来制造物理解剖结构模型13。使用这样的设备获得更精确的解剖模型。设备还被配置为基于3D模型参数内的材料和/或功能性质来调整制造输出。所述输出制造输出优选地包括：不同的颜色；颜色等级；针对不同材料参数的透明水平；诸如刚度或硬度的机械性质的变化；和/或成像性质，如超声反射率、透射率或X射线吸收率。当存在时，额外的性质可以改进解剖模型的准确度和/或通用性。设备优选是3D打印机，其是通用的制造设备，尤其适于获得具有本专利技术的所有优点的解剖模型。本专利技术还涉及与系统和设备相对应的方法以及执行所述方法的计算机程序产品。在阅读并理解了以下详细说明后，本领域普通技术人员将意识到本专利技术的其他方面和实施例。在阅读了优选实施例的以下详细描述后，许多额外的优点和益处对本领域普通技术人员而言变得显而易见。附图说明本专利技术通过以下附图图示：图1示出了生成解剖结构的3D参数，制造所述解剖结构和使用所述解剖插入物的示意性表示。本专利技术可以采用各种部件和部件布置的形式，并且可以采取各种处理操作和处理操作的安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，而不应被解释为对本专利技术的限制。为了更好地可视化，可以省略特定特征，或者尺度可以不按比例。具体实施方式使用图1来解释本专利技术，图1是使用医学成像来制造解剖插入物的高度示意图和基本概览。在该非限制性范例中，解剖模型是骨插入物，并且通过3D打印来执行制造。然而，技术人员将知道如何使该范例适应于其他制造技术和/或相关解剖模型，诸如其他骨结构，以及完整的或部分的脑部、心脏、血管系统或器官模型。相同的图图示了在获得模型之后如何通过简单地不使用最后步骤(107)来获得非插入解剖模型。物理解剖模型可以用于植入到患者的身体中，以研究总体的或患者特定的解剖问题、介入治疗规划或用于教育原因。明显地，当模型基于实际解剖结构时模型是最逼真的，并且在植入或患者特定问题的研究的情况下这甚至更为重要。当解剖模型将被植入身体中例如作为骨插入物或替代植入物(诸如髋关节、膝关节或牙齿植入物)时，解剖模型的几何准确度尤其重要。当解剖模型太大或太小，甚至轻微地太大或太小时，安装可以很差，从而引起不适或甚至植入物的非最佳功能和/或外科医师在介入期间校正几何结构的需要，这延长了流程并增加了患者的风险。为了实现几何准确度，通常由医学成像器医学地扫描患者中的感兴趣解剖结构。可以使用各种类型的医学成像器，这取决于解剖结构以及所需的准确度和/或可以获得的另外的功能或材料信息。在图1中，利用医学成像器20来扫描102例如由于骨折、出生缺陷或疾病而具有缺失部分11的骨10。在该范例中，医学成像器是具有源和探测器的成像系统20，诸如X射线、计算机断层摄影(CT)。备选地，也可以使用其他类型的成像器，诸如磁共振(MR)成像系统、正电子发射断层摄影(PET)、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)，或在一些情况下，超声成像器。基于感兴趣解剖结构来选择医学成像器的类型。对于诸如骨的硬结构，X射线成像，具体地诸如C型臂X射线或CT成像的3DX射线成像是特别合适的。为了获得较软组织之间的对比度，MR或相位对比X射线或CT成像可以是更合适的。在图像质量较不关键或者应该可视化其他功能信息的情况下，超声可以是选择。例如，对于脑部结构，MR是优选模态。在这种情况下，脑部的准确的几何结构不用于植入物，而是用于实际物理模型，所述实际物理模型用于介入的准确规划和准备。例如，必须示出肿瘤的准确位置和体积，以对必须应用的外科手术工具和流程做出正确的决定。对于诸如骨结构和关节的硬解剖结构，CT成像是优选的技术，因为这允许硬组织和软组织之间的优化的对比度。然而，医学成像器通常没有被最佳地调谐为获得具有最大几何精度的图像，并且在许多情况下，医学图像的几何信息可以与实际情况有些偏离。因此，患者能够不得不被重新扫描，从而引起不便、时间延迟，并且在一些情况下增加的辐射曝光，或者必须基于经校正的几何数据改装解剖模型，或者需要通过添加或移除材料来校正模型本身。若干迭代能够是必要的以获得可接受的解剖模型，从而导致获得模型的增加的时间和增加的材料使用。例如，所提取的医学成像模型的精度取决于医学成像器的类型和模型、扫描的参数设置，但甚至还取决于重建参数和滤波器参数。而且，参数设置可能取决于感兴趣解剖结构或针对感兴趣解剖结构被优化。这是很大的缺点，因为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于提供3D模型参数以用于制造物理3D解剖模型(13)的系统，包括：‑成像系统(20)，其被配置为采集解剖结构(10)的三维图像数据；‑重建器(22)，其用于将所采集的三维图像数据重建为3D模型参数；‑3D模型提供单元(23)，其用于直接或间接地将所述3D模型参数提供到用于制造所述物理3D解剖模型的设备，‑参数提供器(21)，其用于提供针对最大几何结构精度被优化的所述成像系统的成像采集参数和/或所述重建器的重建输入参数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.17 EP 16156094.11.一种用于提供3D模型参数以用于制造物理3D解剖模型(13)的系统，包括：-成像系统(20)，其被配置为采集解剖结构(10)的三维图像数据；-重建器(22)，其用于将所采集的三维图像数据重建为3D模型参数；-3D模型提供单元(23)，其用于直接或间接地将所述3D模型参数提供到用于制造所述物理3D解剖模型的设备，-参数提供器(21)，其用于提供针对最大几何结构精度被优化的所述成像系统的成像采集参数和/或所述重建器的重建输入参数。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述参数提供器(21)被实施为至少一个可选择预设参数设置。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述成像系统(20)还被配置为获得所述解剖结构的材料信息。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述材料信息包括以下中的一项或多项：材料成分；材料的结构分布，诸如材料密度或孔隙率；材料能量信息，诸如辐射吸收或反射性质；所述材料内的其他材料的灌注，诸如血液或造影剂灌注性质；组织对比度信息，诸如硬组织材料与软组织材料的对比度或者硬组织材料与软组织材料之间的对比度；或者温度信息。5.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述成像系统(20)是：3DX射线成像系统，诸如计算机断层摄影成像系统，优选地谱3DX射线成像系统或者相位对比X射线成像系统；磁共振成像系统；超声成像系统；正电子发射断层摄影成像系统；单光子发射计算机断层摄影系统；或其组合。6.一种用于制造物理3D解剖结构模型的设备(30)，所述设备被配置为基于从根据前述权利要求中的任一项所述的系统接收的3D模型参数来制造所述物理解剖结构模型(13)。7.根据权利要求6所述的设备，其还被配置为基于所述3D模型参数内的材料和/或功能性质来调整制...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·福格特米尔，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL