CN110481028A - 一种3d打印医疗仿真人体模型制造的方法 - Google Patents

一种3d打印医疗仿真人体模型制造的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于及3D打印医学制造技术领域，具体涉及一种3D打印医疗仿真人体模型制造的方法，其步骤包括：对人体进行全身MRI、CT扫描，利用医学软件进行人体组织结构三维重建；通过医学人体解剖图进行对比检测，利用Zbrush软件将结构优化并完善设计；3D打印切片软件对模型切片处理，3D打印设备对所有组织结构的模型进行快速成型制造；将成型实物打磨处理，通过化学药剂提高结构强度和韧性；所有打印部件上色及颜色保护处理；利用3D打印技术进行制作人体外形模具并浇注透明材料制作仿真人体模型。利用3D打印技术完成人体肌肉、骨骼、神经、内脏器官、静脉、动脉和皮肤复杂结构快速成型，制作出医疗仿真人体模型。

Description

一种3D打印医疗仿真人体模型制造的方法
技术领域
本发明涉及3D打印医学制造技术领域，具体涉及一种3D打印医疗仿真人体模型制造的方法。
背景技术
目前人体模型教具在医疗行业的应用非常广泛，市场上医疗人体模型常见为橡胶人体、塑料人体模型来进行教学，其制造方式主要受限于传统手工开模制造工艺，使得人体内部结构不能清楚准确表现；在穴位定位方面，只能大致找到位置，不能准确体现穴位与骨骼、肌肉、神经、内脏和血管的关系；同时人体组织结构复杂，传统制造人体模型缺乏立体空间感，给使用者带来许多不便；如果完全表现人体内部详细结构，传统制造成本极高，且不易实现。目前医疗针灸、护理等教学都以真人作为练习对象，存在极大的安全隐患和风险，因此高质量的医疗仿真人体模型制作非常重要，本发明是利用3D打印快速成型技术，极大的缩短3D打印医疗仿真人体模型的生产周期、降低了成本，可以容易生产复杂结构，使得人体模型表现更加丰富、准确、市场容易推广和接受。
发明内容
（一）要解决的技术问题
鉴于以上所述，本发明的目的在于提供一种基于人体MRI、MRI两种扫描数据进行结构特征设计，利用3D打印技术完成人体全身肌肉、骨骼、神经、内脏器官、静脉、动脉和皮肤的复杂结构快速成型制造，最终将3D打印医疗仿真人体模型进行装配制作的目的。
（二）技术方案
为解决所述技术问题，本发明提供一种3D打印医疗仿真人体模型制作的方法，其特征在于：它的制作步骤如下：
（1）采集数据：对健康成年人进行全身MRI扫描，将分段扫描数据拼接，对人体软组织结构进行图形分析；对健康成年人进行全身CT扫描，将分段扫描数据拼接，对人体骨骼结构进行图形分析；
（2）重建模型：通过医学三维重建软件Mimics对步骤（1）中获得的两种扫描数据进行模型重建，获得人体组织结构三维模型，将文件存储或转化为格式文件；
（3）修复模型：应用Zbrush、Geomagic Studio、3-matic、Magics 等软件对人体所有组织结构三维模型进行修复和优化，将文件存储或转化为格式文件；
（4）制作模型：将最终模型利用3D打印切片软件处理，添加支撑，将文件存储或转化为格式文件，采用3D打印快速成型设备进行所有组织结构模型的快速成型制作；
（5）制作模具：应用计算机三维软件将人体皮肤模型进行二次设计，制作出3D打印人体外形浇注模具，利用3D打印切片软件处理，添加支撑，将文件存储或转化为格式文件，采用3D打印快速成型设备对浇注模具打印制作；
（6）制作人体：将步骤（4）中打印制作的所有组织结构模型进行粘接，按方案上色及做保护处理，得到内部完整总装组件，将总装组件放置到步骤（5）中的3D打印浇注模具当中，在打印的模具中注入柔性透明改性环氧树脂材料，固化成型得到医疗仿真人体模型。
本发明提供的一种3D打印医疗仿真人体模型制作的方法可进一步设置为所述步骤（1）中MRI扫描数据是利用核磁共振设备进行连续断层扫描获得的DICOM医学数字图像标准数据，MRI扫描包括采集参考图像、定位断层、调整参数和图像后处理等操作;所述步骤（1）中CT扫描数据是利用CT机进行连续断层扫描获得的DICOM医学数字图像标准数据，CT扫描包括扫描层厚、电压调节、曝光照射时间等进行调节。
本发明提供的一种3D打印医疗仿真人体模型制作的方法可进一步设置为所述步骤（2）、（3）、（4）中的格式文件为stl、igs、zpr、obj、step等文件格式的文件。
本发明提供的一种3D打印医疗仿真人体模型制作的方法可进一步设置为所述步骤（4）、（5）中3D打印机包括SLA、DLP、FDM等各种设备；所述步骤（4）、（5）中3D打印切片软件包括Cura、3DTalk等切片软件。
本发明提供的一种3D打印医疗仿真人体模型制作的方法可进一步设置为所述步骤（2）建立模型，Mimics软件建模包括Profile Line、阈值分割、区域增长等重建人体组织三维模型；所述步骤（3）修复模型，修复包括模型的位置、形状及大小的修改、编辑和调整；所述步骤（4）、（5）中添加支撑包括人工手动添加支撑，软件自动添加支撑，支撑形状包括方格型、线型和树状支撑。
本发明提供的一种3D打印医疗仿真人体模型制作的方法可进一步设置为所述步骤（5）制作模具，浇注模具制作是利用3D打印快速成型技术，将皮肤模型进行二次设计，通过3D打印机制作；所述步骤（6）制作人体，组织结构模型粘接方式为预留轴孔配合，并涂抹胶料粘接凝固。
本发明提供的一种3D打印医疗仿真人体模型制作的方法可进一步设置为所述步骤（6）制作人体，用于浇注的材料为安全无毒的柔性透明改性环氧树脂材料，在常温下进行浇注并固化，将人体所有组织结构部件固定在柔性透明改性环氧树脂中；步骤（6）所述的方案为按照医学规定的人体组织器官分辨颜色为依据。
（三）有益效果
1.通过先进的CT、MRI等医学影像设备快速准确获取人体全身组织结构数据；
2.利用医学软件进行数字化重建时，可以精确构建模型细节，使得医疗仿真人体模型设计更加科学化和标准化。
3.利用3D打印快速成型技术，制作复杂模型，其生产周期短，成本低，产品结构表现准确，可以进行快速大批量生产，和目前市场上应用的传统硅胶和塑料制作的人体仿真模型相比，该发明制造的产品更容易被市场接受，因此易于推广和普及，具有显著的社会和经济效益。
附图说明
图1为本发明专利3D打印医疗仿真人体模型人体骨骼部件结构图；
图2为本发明专利3D打印医疗仿真人体模型人体肌肉部件结构图；
图3为本发明专利3D打印医疗仿真人体模型人体皮肤部件结构图；
图4为本发明专利3D打印医疗仿真人体模型人体动脉部件结构图；
图5为本发明专利3D打印医疗仿真人体模型人体静脉部件结构图；
图6为本发明专利3D打印医疗仿真人体模型人体神经部件结构图；
图7为本发明专利3D打印医疗仿真人体模型人体内脏器官部件结构图；
图8为本发明专利3D打印医疗仿真人体模型人体总装图及剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。以下实施例中涉及的零部件、结构、机构等，如无特殊说明，则均为常规市售产品。
一种3D打印医疗仿真人体模型的制作方法，其步骤在于：
对健康成年人体进行全身CT扫描，利用软件进行CT数据拼接，合成完整的人体全身CT数据，分析人体骨骼结构特点；
将全身CT数据导入到计算机医学三维重建软件Mimics中，精确还原人体骨骼数据，并进行对比检测；
在医学软件中将数据进行存储或格式转化，格式文件为stl、igs、zpr、obj、step等文件格式的文件；
将医学软件重建骨骼数据导入三维雕刻软件Zbrush中进行完善和优化设计；
将完善的三维模型进行存储或格式转化，格式文件为stl、igs、zpr、obj、step、等文件格式的文件；
对健康成年人体进行全身MRI扫描，利用软件进行MRI数据拼接，合成完整的人体全身MRI数据，分析人体肌肉、神经、血管、内脏器官、静脉、动脉和皮肤结构特点；
将全身MRI数据导入到计算机医学三维重建软件Mimics中，精确重建肌肉、神经、血管、内脏器官、静脉、动脉和皮肤的结构特点，并进行对比检测；
在医学软件中将数据进行存储或格式转化，格式文件为stl、igs、zpr、obj、step、等文件格式的文件；
将医学软件重建肌肉、神经、血管、内脏器官、静脉、动脉和皮肤结构数据分别导入三维雕刻软件Zbrush中进行完善和优化设计；
将完善的三维模型进行存储或格式转化，格式文件为stl、igs、zpr、obj、step、gcode等文件格式的文件；
将所有完善优化的模型导入到3D打印机切片软件，进行支撑添加，模型切片；
将完成切片的模型进行存储或格式转化，格式文件为stl、igs、zpr、obj、step、gcode等文件格式的文件；
利用3D打印快速成型技术，通过3D打印机进行模型打印；
根据打印的效果对模型表面进行打磨抛光处理，达到技术要求；
利用某种化学药剂对各个部件进行处理，达到相关强度、硬度和韧性的物理及机械性能要求；
将所有部件按照设计方案进行上色和外表做保护处理；
将所有成型部件的人体肌肉、骨骼、神经、血管、内脏器官、静脉和动脉进行拼接装配；
利用3D打印技术完成人体外型模具制造，为批量化浇注做准备工作；
将装配好的人体肌肉、骨骼、神经、血管、内脏器官、静脉和动脉的组装件放入到模具当中，调整相关位置；
将具有柔性的某种透明材料浇注到模具当中，并凝固，固定人体内部结构；
开模取出人体仿真模型，并做后期处理及包装。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各块技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种3D打印医疗仿真人体模型制作的方法，其特征在于：它的制作步骤如下：
（1）采集数据：对健康成年人进行全身MRI扫描，将分段扫描数据拼接，对人体软组织结构进行图形分析；对健康成年人进行全身CT扫描，将分段扫描数据拼接，对人体骨骼结构进行图形分析；
（2）重建模型：通过医学三维重建软件Mimics对步骤（1）中获得的两种扫描数据进行模型重建，获得人体组织结构三维模型，将文件存储或转化为格式文件；
（3）修复模型：应用Zbrush、Geomagic Studio、3-matic、Magics 等软件对人体所有组织结构三维模型进行修复和优化，将文件存储或转化为格式文件；
（4）制作模型：将最终模型利用3D打印切片软件处理，并添加支撑，将文件存储或转化为格式文件，采用3D打印快速成型设备进行所有组织结构模型的快速成型制作；
（5）制作模具：应用计算机三维软件将人体皮肤模型进行二次设计，制作出3D打印人体外形浇注模具，利用3D打印切片软件处理，并添加支撑，将文件存储或转化为格式文件，采用3D打印快速成型设备对浇注模具打印制作；
（6）制作人体：将步骤（4）中打印制作的所有组织结构模型进行粘接，按方案上色及做保护处理，得到内部完整总装组件，将总装组件放置到步骤（5）中的3D打印浇注模具当中，在打印的模具中注入柔性透明改性环氧树脂材料，固化成型得到医疗仿真人体模型。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印医疗仿真人体模型制作的方法，其特征在于：所述步骤（1）中MRI扫描数据是利用核磁共振设备进行连续断层扫描获得的DICOM医学数字图像标准数据，MRI扫描包括采集参考图像、定位断层、调整参数和图像后处理等操作;所述步骤（1）中CT扫描数据是利用CT机进行连续断层扫描获得的DICOM医学数字图像标准数据，CT扫描包括对扫描层厚、电压调节和曝光照射时间等进行调节。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印医疗仿真人体模型制作的方法，其特征在于：所述步骤（2）、（3）、（4）中的格式文件为stl、igs、zpr、obj、step、gcode等文件格式的文件。
4.根据权利要求1所述的一种3D打印医疗仿真人体模型制作的方法，其特征在于：所述步骤（4）、（5）中3D打印机包括SLA、DLP、FDM等各种设备；所述步骤（4）、（5）中3D打印切片软件包括Cura、3DTalk等切片软件。
5.根据权利要求1所述的一种3D打印医疗仿真人体模型制作的方法，其特征在于：所述步骤（2）建立模型，Mimics软件建模包括Profile Line、阈值分割、区域增长等重建人体组织三维模型；所述步骤（3）修复模型，修复包括模型的位置、形状及大小的修改、编辑和调整；所述步骤（4）、（5）中添加支撑包括人工手动添加支撑，软件自动添加支撑，支撑形状包括方格型、线型和树状支撑。
6.根据权利要求1所述的一种3D打印医疗仿真人体模型制作的方法，其特征在于：所述步骤（5）制作模具，浇注模具制作是利用3D打印快速成型技术，将皮肤模型进行二次设计，通过3D打印机制作；所述步骤（6）制作人体，组织结构模型粘接方式为预留轴孔配合，并涂抹胶料粘接凝固。
7.根据权利要求1所述的一种3D打印医疗仿真人体模型制作的方法，其特征在于：所述步骤（6）制作人体，用于浇注的材料为安全无毒的柔性透明改性环氧树脂材料，在常温下进行浇注并固化，将人体所有组织结构部件固定在柔性透明改性环氧树脂中；步骤（6）所述的方案以医学规定的人体组织器官分辨颜色为依据。
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