CN102096942B - 人工颅骨数字化成型方法 - Google Patents
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Abstract
一种人工颅骨数字化成型方法，从CT断层图片上获取缺损区颅骨修复体形态的各单元点数据，再用压力成形装置依照上述单元点数据将钛网压制成钛网颅骨修复体，颅骨修复体形态的各单元点数据的获取过程为：(1)选取中轴面；(2)选取加工切面；(3)生成颅骨的镜像；(4)手绘修复；(5)形成“颅骨-修复体”三维图；(6)优化处理，使图像表面平滑；(7)生成加工数据。这种方法将人工修正与电脑自动生成图像和数据相结合，提高了颅骨修复体数据的形成速度和精度，形成的数据能提供给人工颅骨数字化自动塑形装置进行加工成形。
Description
技术领域
本发明涉及一种人工颅骨修复体的制备方法，属于脑神经外科和整形、整容医学领域，一种人工颅骨数字化成型方法。
背景技术
钛合金网板强度高、无毒性，与人体有良好的生物相容性，广泛地应用于颅骨修复中。如何更好地制备钛网颅骨修复体是目前正在探讨的课题。
中国专利200810060908.6介绍了一种钛网颅骨修复体的制备方法，将CT薄层扫描图片导入二维坐标区内，画出颅脑中线、基线、参照线和作图线，在每条作图线与缺损区的对称区域中的完好颅骨的相交处确定需修复的颅骨的参照位点，并在颅骨缺损区生成相应的修复体单元点，将单元点的相应的扫描图片层次、作图线编号及单元点到基线的垂直距离加以记录，将不同层的CT片逐张导入坐标区内进行上述操作，形成缺损区颅骨形态的全部单元点数据，再用无模多点成形器依照上述单元点数据将钛网压制成钛网颅骨修复体。该方法操作者可以凭其经验，对单元点的位置作适当的选择，使修复后的颅脑外形更符合整容要求，但依赖手工操作的成份较多。
发明内容
本发明的人工颅骨数字化成型方法是对中国专利200810060908.6提出的钛网颅骨修复体的制备方法的改进，可提高颅骨修复体数据的形成速度和精度，形成的数据能提供给人工颅骨数字化自动塑形装置进行加工成形。
这种人工颅骨数字化成型方法为：从CT断层图片(简称CT图片)上获取缺损区颅骨修复体形态的各单元点数据，再用压力成形装置依照上述单元点数据将钛网压制成钛网颅骨修复体。其中缺损区颅骨修复体形态的各单元点数据的获取过程为：
(1)选取中轴面：分别在2～3张CT图片上手工选取三个中轴点，由电脑自动在三维图上生成中轴面，继续选取中轴点，电脑依据新选取的点对中轴面进行微调，直至满意之后确认；
(2)选取加工切面：分别在2～3张CT图片上手工选取三个加工切面的点，由电脑自动在三维图上生成加工切面，要求加工切面能完全将缺损部分切除出来，继续选加工切面的点对加工切面进行微调，直至满意之后确认；
(3)生成颅骨的镜像：在CT图片上，电脑以中轴面为对称轴面，在颅骨缺损侧自动生成对侧颅骨的镜像；
(4)手绘修复：在CT断层平面内，由电脑从CT断层平面与加工切面的交线上垂直发出按固定距离规则排列的单元线；人工选择有颅骨缺损的CT断层图片，以颅骨的镜像为参照，用手绘方式将颅骨缺损区弥合，手绘的曲线由所经过的单元线上的点组成。设定修正参数H值和D值，由电脑自动对手绘的曲线进行平滑处理。处理过程如下：手绘形成的第一点和最后一个点均自动移位至最近距离的颅骨表面(依灰阶判断)；其余诸点依次作为“被判断点”，与每个“被判断点”相邻的两点称为“基点”，两个基点的连线称为“判断基线”；H值表示曲线上的“被判断点”到“判断基线”之间的最大允许距离，D值表示两个“基点”所属单元线间的距离；当“被判断点”到“判断基线”的距离的值大于设定值H，该点将被移位至“判断基线”与该点所属单元线的交点，反之则保持原位不动。诸点依次、轮替作为“基点”和“被判断点”按顺序和逆序经过两次调整，组成一条与颅骨缺损缘贴合、既平滑又能体现手绘意图的曲线。选择不同断层的CT图片，对拟修复的缺损区逐一进行手绘弥合；未用手绘修复的颅骨缺损区(即修复体的截面)，由电脑根据邻近断层手绘线条的特征，自动插值组成其表面的曲线；所有曲线上的点构成了修复体曲面的“点阵”。
(5)形成“颅骨-修复体”三维图：原颅骨数据与修复体表面诸点的数据合并生成“颅骨-修复体”的三维图像，颅骨与修复体使用不同色彩实现虚拟装配；
(6)优化处理：由电脑将组成修复体表面的诸点转换成连续的曲面，并以加工切面为基准将该曲面按预先设定的固定的单元间距生成纵、横规则排列的新的点阵，再按照第(4)步中的平滑处理算法，由电脑分别在横向和纵向两个方向将新的点阵进行平滑处理，形成优化后的修复体，优化的结果在三维图像上显现；
(7)生成加工数据：电脑自动将优化后的修复体表面数据转化为以加工切面为基准、按一定间距排列的单元点。各单元点的位置与高度作为颅骨修复体加工的数据供制模时应用。
这种人工颅骨数字化成型方法将人工修正与电脑自动生成图像和数据相结合，提高了颅骨修复体数据的形成的速度和精度，形成的数据能提供给人工颅骨数字化自动塑形装置进行加工成形。
附图说明
图1为这种人工颅骨数字化成型方法的流程图；
图2为选取中轴面的示意图；
图3为选取加工切面的示意图；
图4为一张CT片的示意图；
图5为手工修正及自动平滑处理的示意图；
图6为优化处理时生成的颅骨修复体单元点点阵示意图。
具体实施方式
这种人工颅骨数字化成型方法是从CT断层图片上获取缺损区颅骨修复体形态的各单元点数据，再用压力成形装置依照上述单元点数据将钛网压制成钛网颅骨修复体。其具体操作过程如图1所示：
(1)选取中轴面：分别在2～3张CT图片上手工选取三个中轴点(最好在一张CT图片上取两点，另外一个张CT图片上取一点)，如图2所示，由电脑自动在三维图上生成颅骨1的中轴面3，继续在其它CT图片上选取中轴点，电脑依据新选取的点对中轴面进行微调，直至满意之后，点击确认按钮确认。
(2)选取加工切面：分别在2～3张CT图片上手工选取三个加工切面的点，如图3所示，由电脑自动在三维图上生成加工切面4，要求加工切面能完全将缺损部分2切除出来，亦即缺损部分2全部在加工切面4的一侧，继续选取加工切面的点对加工切面进行微调，直至满意之后确认。
(3)生成颅骨的镜像：在CT图片上，电脑以中轴面3为对称轴面，在颅骨缺损侧自动生成对侧颅骨的镜像，作为绘制修复体曲面点阵的参照。图4中的5即为电脑自动生成的颅骨的镜像，7为中轴线。
(4)手绘修复：如图4所示，在CT断层平面内，由电脑从CT断层平面与加工切面的交线8上垂直发出按固定距离规则排列的单元线9。人工选择有颅骨缺损的CT断层图片，以颅骨的镜像5为参照，用手绘方式将颅骨缺损区弥合，如图5所示，手绘的曲线由所经过的单元线上的点组成。设定修正参数H值和D值，例如设定H＝2mm、D＝5mm，由电脑自动对手绘的曲线上的各点加以判断后进行平滑处理，处理过程如下：手绘形成的第一点①和最后一个点⑥均自动移位至最近距离的颅骨表面(依灰阶判断)；其余诸点②、③、④、⑤依次作为“被判断点”，每个“被判断点”(例如图中的点②)前后的两点作为“基点”(图中为点①和③)连接成为“判断基线”。H值表示曲线上的“被判断点”到“判断基线”之间的最大允许距离，D值表示连接形成“判断基线”的两个“基点”所属单元线间的距离。当“被判断点”到“判断基线”的距离h大于设定值H，该点将被移位至“判断基线”与该点所属单元线的交点k处，反之则保持原位不动。诸点按顺序和逆序经过两次调整，组成一条与颅骨缺损缘贴合，既平滑又能体现手绘意图的曲线。H值越小、D值越大，曲线越趋于平直，手绘意图和失误均被削减，反之，手绘意图体现更明显，失误也不易纠正。选择不同断层的CT图片，对拟修复的缺损区逐一进行手绘弥合，例如对某病例的第6、8、18、32、35、38、45、51张CT图片进行修正；未用手绘修复的颅骨缺损区(即修复体的截面)，由电脑根据邻近断层手绘线条的特征，自动插值组成其表面的曲线；所有曲线上的点构成了修复体曲面的“点阵”。这些点所在单元线按设定的单元间距规则排列。
(5)形成“颅骨-修复体”三维图：原颅骨数据与修复体表面诸点的数据合并生成“颅骨-修复体”的三维图像，颅骨与修复体使用不同色彩实现虚拟装配；
(6)优化处理：由电脑将组成修复体表面的诸点转换成连续的曲面，并以加工切面为基准将该曲面按预先设定的固定的单元间距生成纵、横规则排列的新的点阵，此点阵的结构如图6所示。然后按照第(4)步中的平滑处理算法，由电脑分别在横向和纵向两个方向将新的点阵进行平滑处理，形成优化后的修复体，优化的结果在三维图像上显现；上述“固定的单元间距”是预先设定的一个固定值，例如设定为1mm。
(7)生成加工数据：电脑自动将优化后的修复体表面数据转化为以加工切面为基准、按一定间距排列的单元点。各单元点的位置与高度作为颅骨修复体加工的数据供制模时应用，例如，形成间距为1mm×1mm或2mm×2mm的点阵数据。
这种人工颅骨数字化成型方法将人工修正与电脑自动生成图像和数据相结合，提高了颅骨修复体数据的形成速度和精度，形成的数据能提供给人工颅骨数字化自动塑形装置进行加工成形。修正图形、形成数据的电脑可以与数字化自动塑形装置分置两处，如电脑设置于医院，由医生操作，数字化自动塑形装置设置于企业和地区的加工中心，由技术人员操作，进行远程数据传输，可实现医生与颅骨修复体加工的技术人员合作完成颅骨修复体的制作，制成最令人满意的颅骨修复体。
Claims (1)
1.一种人工颅骨数字化成型方法，从CT断层图片上获取缺损区颅骨修复体形态的各单元点数据，再用压力成形装置依照上述单元点数据将钛网压制成钛网颅骨修复体，其特征是上述缺损区颅骨修复体形态的各单元点数据的获取过程为：
(1)选取中轴面：分别在2～3张CT图片上手工选取三个中轴点，由电脑自动在三维图上生成中轴面，继续选取中轴点，电脑依据新选取的点对中轴面进行微调，直至满意之后确认；
(2)选取加工切面：分别在2～3张CT图片上手工选取三个加工切面的点，由电脑自动在三维图上生成加工切面，要求加工切面能完全将缺损部分切除出来，继续选加工切面的点对加工切面进行微调，直至满意之后确认；
(3)生成颅骨的镜像：在CT图片上，电脑以中轴面为对称轴面，在颅骨缺损侧自动生成对侧颅骨的镜像；
(4)手绘修复：在CT断层平面内，由电脑从CT断层平面与加工切面的交线上垂直发出按固定距离规则排列的单元线；人工选择有颅骨缺损的CT断层图片，以颅骨的镜像为参照，用手绘方式将颅骨缺损区弥合，手绘的曲线由所经过的单元线上的点组成；设定修正参数H值和D值，由电脑自动对手绘的曲线进行平滑处理，处理过程如下：手绘形成的第一点和最后一个点均依灰阶判断自动移位至最近距离的颅骨表面，其余诸点依次作为“被判断点”，与每个“被判断点”相邻的两点称为“基点”，两个“基点”的连线为“判断基线”；H值表示曲线上的“被判断点”到“判断基线”之间的最大允许距离，D值表示曲线上连接形成“判断基线”的两个基点所属单元线间的距离，当“被判断点”到“判断基线”的距离大于设定值H，该点将被移位至“判断基线”与该点所属单元线的交点，反之则保持原位不动；诸点按顺序和逆序经过两次调整，组成一条与颅骨缺损缘贴合、既平滑又体现手绘意图的曲线；选择不同断层的CT图片，对拟修复的缺损区逐一进行手绘弥合；未用手绘修复的颅骨缺损区由电脑根据邻近断层手绘线条的特征，自动插值组成其表面的曲线；所有曲线上的点构成了修复体曲面的“点阵”，这些点所在单元线按设定的单元间距规则排列；
(5)形成“颅骨-修复体”三维图：原颅骨数据与修复体表面诸点的数据合并生成“颅骨-修复体”的三维图像，颅骨与修复体使用不同色彩实现虚拟装配；
(6)优化处理：由电脑将组成修复体表面的诸点转换成连续的曲面，并以加工切面为基准将该曲面按预先设定的固定的单元间距生成纵、横规则排列的新的点阵，再按照第(4)步中的平滑处理算法，由电脑分别在横向和纵向两个方向将新的点阵进行平滑处理，形成优化后的修复体，优化的结果在三维图像上显现；
(7)生成加工数据：电脑自动将优化后的修复体表面数据转化为以加工切面为基准、按一定间距排列的单元点，各单元点的位置与高度作为颅骨修复体加工的数据供制模时应用。
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