CN110605853B - 三维器官模型、三维器官模型的打印方法、打印装置及打印设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及打印技术领域，尤其涉及一种三维器官模型、三维器官模型的打印方法、打印装置及打印设备。该三维器官模型的打印方法包括获取影像数据；基于影像数据进行三维建模以获得三维模型，三维模型包括组织器官部分、血管部分和病灶部分中的至少一个；将组织器官部分和/或血管部分分割为多个分段；为三维模型定义不同的打印属性，使得任意相邻的分段之间具有至少一个属性突变区域；打印获得三维器官模型。本发明所提供的三维器官模型、三维器官模型的打印方法、打印装置及打印设备能够直观、准确地区分各个分段，更好地规划手术路径以降低手术风险，实现精准医疗的目的。

Description

三维器官模型、三维器官模型的打印方法、打印装置及打印 设备

技术领域

本发明涉及打印技术领域，尤其涉及一种三维器官模型、三维器官模型的打印方法、打印装置及打印设备。

背景技术

随着科学技术的发展，人类在医学上取得了很多进步，但在临床医学中，仍有部分疾病存在手术成功率低、风险大的问题。目前，三维打印技术在精准医疗方面具有显著的应用，其可根据患者的医学影像资料快速制造出与患者器官完全一致的3D模型，便于医生在术前从多维度真实预见术中情形，规划手术路径并预演手术，极大地降低了手术的风险，同时，在医学教学上，学生也能够根据3D模型掌握学习器官的组成。

众所周知，人体的有些器官是分段性器官，如肝脏可以通过动脉血管、门静脉、肝静脉和/或胆道系统分为五叶八段或十段，肺可以通过动脉血管和/或气管分为五叶二十段，如果在手术前就知道肿瘤处在器官的哪个段里面以及肿瘤位于所在段的大概位置，在手术时医生只需找到这个段并将这个段切除，肿瘤也会跟着被切除了，或者医生直接找到这个段在该段内对肿瘤进行切除；对于医生来说找器官的分段，相比找肿瘤会简单的多，但是，由于肿瘤通常是在器官的内部，医生仍然难以根据已有的三维打印的模型准确地判断肿瘤的位置属于哪个分段，并且在教学领域中，现有的器官模型不能直观清楚地区分器官的各个分段，不便于学生学习掌握器官的分段。

因此，需要一种能够直观地区分各个分段的三维器官模型。

发明内容

本发明提供了一种三维器官模型、三维器官模型的打印方法、打印装置及打印设备，该三维器官模型、三维器官模型的打印方法、打印装置及打印设备能够直观、准确地区分各个分段，更好地规划手术路径以降低手术风险，实现精准医疗的目的。

本发明的第一方面提供了一种三维器官模型的打印方法，其特征在于，包括：

获取影像数据；

基于所述影像数据进行三维建模以获得三维模型，所述三维模型包括组织器官部分、血管部分和病灶部分中的至少一个；

将所述组织器官部分和/或所述血管部分分割为多个分段；

为所述三维模型定义不同的打印属性，使得任意相邻的所述分段之间具有至少一个属性突变区域；

打印获得三维器官模型。

进一步的，将所述组织器官部分和/或所述血管部分分割为多个分段包括：

确定分割面，所述分割面将所述组织器官部分和/或所述血管部分分割为多个所述分段。

进一步的，将所述组织器官部分和/或所述血管部分分割为多个分段还包括：

基于所述分割面创建隔板，其中，任意相邻的所述分段之间设置有所述隔板；

所述隔板两侧的所述分段的属性与所述隔板的属性不同。

进一步的，多个所述隔板具有相同的属性和/或厚度。

进一步的，所述隔板两侧的分段的属性相同。

进一步的，任意两个相邻所述分段至少在接触的部分具有不同的属性，使得相邻的所述分段之间具有至少一个属性突变区域。

进一步的，所述分段包括：

外壳部分和内部部分；

任意两个相邻所述分段的外壳部分的属性不同。

进一步的，所述属性包括颜色和/或透明度。

进一步的，基于所述影像数据进行三维建模包括：

提取出所述组织器官部分的影像数据以建立组织器官三维模型；

提取出所述血管部分的影像数据以建立血管三维模型；

和/或提取出所述病灶部分的影像数据以建立病灶三维模型；

融合所述组织器官三维模型、所述血管三维模型和/或所述病灶三维模型以获得所述三维模型。

进一步的，打印获得三维器官模型包括：

将所述三维模型进行切片并获得切片数据；

基于所述切片数据获得打印控制数据；

基于所述打印控制数据进行三维打印，以获得所述三维器官模型。

本发明的第二方面提供了一种打印装置，包括：

数据获取模块，用于获取影像数据；

三维建模模块，用于基于所述影像数据进行三维建模以获得三维模型，所述三维模型包括组织器官部分、血管部分和病灶部分中的至少一个；

模型分割模块，用于将所述组织器官部分和/或所述血管部分分割为多个分段；

打印属性定义模块，用于为所述三维模型定义打印属性使得所述多个分段之间具有至少一个属性突变区域；

打印成型模块，用于打印获得三维器官模型。

进一步的，所述数据获取模块包括：

数据预览模块，所述数据预览模块用于查看获取的所述影像数据；

图像预处理模块，所述图像预处理模块用于判断影像是否倒置。

进一步的，所述三维建模模块包括：

提取模块，所述提取模块用于从所述影像数据分别提取出病灶部分的影像数据、所述组织器官部分的影像数据和/或所述血管部分的影像数据；

建模模块，所述建模模块用于建立病灶三维模型、组织器官三维模型和/或血管三维模型；

融合模块，所述融合模块用于融合所述病灶三维模型、所述组织器官三维模型和/或所述血管三维模型以获得所述三维模型。

进一步的，所述模型分割模块包括：

分段模块，所述分段模块用于确定分割面，所述分割面将所述组织器官部分和/或所述血管部分分割为多个所述分段。

进一步的，所述模型分割模块还包括：

隔板建立模块，所述隔板建立模块用于基于所述分割面创建隔板，并将所述隔板与所述三维模型融合。

进一步的，所述模型分割模块还包括：

分段分割模块，所述分段分割模块用于将所述分段分割为外壳部分和内部部分。

进一步的，所述打印成型模块包括：

数据处理模块，所述数据处理模块用于将定义了打印属性的三维模型进行切片并获得切片数据，并基于所述切片数据获得打印控制数据；

打印模块，所述打印模块用于基于所述打印控制数据进行三维打印，以获得所述三维器官模型。

本发明的第三方面提供了一种三维器官模型，包括组织器官部分、血管部分和病灶部分中的至少一个；

所述组织器官部分和/或血管部分包括多个分段，其中，任意两个相邻分段之间具有至少一个属性突变区域。

进一步的，所述组织器官部分和/或血管部分的属性与所述病灶部分的属性不同。

进一步的，还包括：

至少一个隔板，任意相邻的所述分段之间设置有所述隔板，所述隔板将所述组织器官部分和/或所述血管部分分割为多个所述分段；

所述隔板两侧的所述分段的属性与所述隔板的属性不同。

进一步的，所述隔板具有相同的属性和/或厚度。

进一步的，所述隔板两侧的分段的属性相同。进一步的，任意两个相邻所述分段至少在接触的部分具有不同的属性，使得相邻的所述分段之间具有至少一个属性突变区域。

进一步的，所述分段包括：

外壳部分和内部部分；

任意两个相邻所述分段的外壳部分的属性不同。

进一步的，所述外壳部分由彩色透明材料形成，所述内部部分由无色透明材料形成。

进一步的，所述属性包括颜色和/或透明度。

本发明的第四方面提供了一种打印设备，包括：

处理器；

存储器，所述存储器用于存储至少一条指令，所述指令由所述处理器加载并执行时以实现上述所述的方法。

本发明提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本发明提供一种三维器官模型的打印方法，该三维器官模型的打印方法通过将打印的三维器官模型中的组织器官部分和/或血管部分进行分段，且规定任意相邻的所述分段之间具有至少一个属性突变区域以区分各个分段，进而实现直观、准确地辨认出组织器官部分和/或血管部分的各个分段。进一步的，将病灶部分结合到打印的三维器官模型中，不仅能够便于医患之间的交流和沟通，还能够便于医生准确判断病灶部分所处的位置，从而更好地规划手术路径以降低手术风险，进一步实现精准医疗的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的三维器官模型的打印方法的流程图；

图2为本发明实施例所提供的获取影像数据及三维建模的具体流程图；

图3为本发明实施例所提供的三维建模、分段及定义打印属性的具体流程图；

图4为本发明实施例所提供的打印获得三维器官模型的具体流程图；

图5为本发明实施例所提供的打印装置的结构框图；

图6为本发明实施例所提供的数据获取模块的结构框图；

图7为本发明实施例所提供的三维建模模块的结构框图；

图8为本发明实施例所提供的模型分割模块的结构框图；

图9为本发明实施例所提供的打印成型模块的结构框图；

图10为本发明实施例所提供的组织器官部分的结构示意图；

图11为本发明实施例所提供的肺器官组织的结构示意图；

图12为本发明实施例所提供的肺器官组织的一部分的结构示意图；

图13为本发明实施例所提供的动脉夹层的结构示意图；

图14为图13的放大图；

图15为本发明实施例所提供的动脉夹层的截面示意图；

图16为本发明实施例所提供的三维模型分割的结构示意图；

图17为本发明实施例所提供的另一种三维模型分割的结构示意图；

图18为本发明实施例所提供的另一种三维模型分割的结构示意图。

附图标记：

1-病灶部分；

2-组织器官部分；

21-肝器官组织；

211-外壳部分；

212-内部部分；

22-肺器官组织；

221-左上叶；

222-左下叶；

223-右上叶；

224-右中叶；

225-右下叶；

3-血管部分；

31-真腔段；

311-内膜；

312-中膜；

313-真腔外膜；

32-假腔段；

321-假腔外膜；

4-隔板；

5-分割面；

6-数据获取模块；

61-数据预览模块；

62-图像预处理模块； 7-三维建模模块；

71-提取模块；

72-建模模块；

73-融合模块；

8-模型分割模块；

81-分段模块；

82-隔板建立模块；

83-分段分割模块；

9-打印属性定义模块；

10-打印成型模块；

101-数据处理模块；

102-打印模块；

11-处理器；

12-存储器。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本实施例提供了一种三维器官模型的打印方法，包括步骤：

步骤S10，获取影像数据。

具体的，步骤S10中，获取的影像数据可以是二维影像数据、三维影像数据等影像数据，在此不对影像数据做具体限定，只要能够满足符合三维器官模型打印的影像数据即可。目前，医学上使用较多的是核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，简称MRI)数据或电子计算机断层扫描 (Computed Tomography，简称CT)数据等影像数据；其中，影像数据还可以包含病人信息、医院信息、机器型号信息和机器精度信息等。

步骤S30，基于影像数据进行三维建模以获得三维模型，三维模型包括组织器官部分2、血管部分3和病灶部分1中的至少一个。

此处需要说明的是，在进行三维建模时，可以根据实际需求进行建模，具体的，当用于医学教学时，此时可以没有病灶部分，即在进行三维建模时不进行病灶部分的建模，进一步的，根据实际需求，当基于手术分析进行三维建模时，必须存在病灶部分1的建模，其中，组织器官部分2与血管部分3可以根据实际需求建模选择，即可以同时包括组织器官部分2和血管部分3，也可以单独进行组织器官部分2的建模，还可以单独进行血管部分3的建模。

如图2所示，具体的，步骤S30中，基于影像数据进行三维建模包括：

步骤S301，提取出组织器官部分2的影像数据以建立组织器官三维模型。

步骤S302，提取出血管部分3的影像数据以建立血管三维模型。

和/或步骤S303，提取出病灶部分1的影像数据以建立病灶三维模型。

步骤S304，融合组织器官三维模型、血管三维模型和/或病灶三维模型以获得三维模型。

更为具体的，由于血管部分3和病灶部分1的至少一部分位于组织器官部分2的内部，因此，组织器官部分2的内部存在与血管部分3和病灶部分1匹配的多个空腔，基于影像数据来准确构建包括多个空腔的组织器官三维模型是很复杂的，为了简化构建三维模型的步骤，本实施例组织器官三维模型的构建可以仅基于影像数据中组织器官部分2的外轮廓来建立不包括空腔的组织器官部分2的初始三维模型，则三维器官模型的融合包括基于血管部分3和病灶部分1在组织器官部分2中的位置和大小，从组织器官部分2的初始三维模型中将血管部分3和病灶部分1占据的区域剪切掉，从而获得具有与血管部分3和病灶部分1匹配空腔的组织器官部分2的实际三维模型，组织器官三维模型、血管三维模型和病灶三维模型融合形成为器官的三维模型。

此处需要说明的是，将三维器官模型用于教学时，三维器官模型可以不包括病灶部分1，即在获得三维模型时可以不执行步骤S303，进一步的，可以根据实际需求，获得三维器官模型的过程中，可以单独获取组织器官三维模型，也可以单独获取血管三维模型，还可以获取组织器官三维模型，和血管三维模型。

步骤S50，将组织器官部分2和/或血管部分3分割为多个分段。

如图10所示，具体的，在步骤S50中，可以依据医学上的分段方法将组织器官部分2分割为多个分段，例如以肝器官组织21为例说明，将肝器官组织21依据Couinaud肝脏分段法分割为5叶8段。如图1中所示， 8个分段分别为Ⅰ段尾状叶、Ⅱ段左外叶上段、Ⅲ段左外叶下段、Ⅳ段左内叶、Ⅴ段右前叶下段、Ⅵ段右后叶下段、Ⅶ段右后叶上段和Ⅷ段右前叶上段。具体的，Couinaud肝脏分段法是根据功能将肝脏分为8个独立的段，每段有自己的流入和流出血管以及胆管系统，在每一段的中心有门静脉、肝动脉及胆管分支，每一段的外围有通过肝静脉的流出血管，肝右静脉将肝脏分为右前段和右后段，肝中静脉将肝脏分为左叶和右叶(或者说右半肝和左半肝)，肝左静脉将肝左叶分为内侧段和外侧段，门静脉将肝脏分为上、下段，左、右门静脉发出上、下分支分别进入每段的中心。依据这种分法，每个分段都是一个独立的单位，切除任何一个分段均不会影响其他，为保证肝脏存活，切除时必须沿着这些分段周围的血管进行，也就是说，切除线平行于肝静脉，这样位于中心位置的门静脉、胆管和肝动脉得以保留，即组织器官部分2的分段通常可以基于血管部分3的分布确定的。在实际的应用中，可以根据血管部分3和/或其他管道系统的分布对对组织器官部分2进行分段，本实施例中，管道系统为胆管，其中，在肺器官的分段中，管道系统可以是气管，本申请对具体的分段方法不作限制。

步骤S70，为三维模型定义不同的打印属性，使得任意相邻的分段之间具有至少一个属性突变区域。

具体的，在步骤S70中，为能够直观、准确地辨认出组织器官部分2 和/或血管部分3的各个分段，为三维模型定义不同的打印属性，即使得三维模型的不同部分由不同的属性材料形成。更为具体的,在定义打印属性的过程中，可以分别使用不同颜色或者透明度来表示不同的材料属性，也可以是颜色和透明度共同表示不同的材料属性，以便于三维模型的打印属性的定义；其中，打印属性还可以包括软硬度，用户可以通过软硬度的设置来通过使用软硬度不同的材料进行打印来获得不同软硬度的三维器官模型，软硬度的设置可以是基于整个三维器官模型设置，即三维器官模型整体的软硬度一致，也可以是基于三维器官模型中的任意一个单独的部分进行设定，即三维器官模型中各个部分可能具有不同的软硬度，通过软硬度的调整能够获得和真实器官手感更接近的三维器官模型。

步骤S90，打印获得三维器官模型。

如图4所示，具体的，在步骤S90中，基于影像数据进行三维建模包括：

步骤901，将三维模型进行切片并获得切片数据。

步骤902，基于切片数据获得打印控制数据。

步骤903，基于打印控制数据进行三维打印，以获得三维器官模型。

本实施例提供一种三维器官模型的打印方法，该三维器官模型的打印方法通过将打印的三维器官模型中的组织器官部分2和/或血管部分3进行分段，且规定任意相邻的分段之间具有至少一个属性突变区域以区分各个分段，进而实现直观、准确地辨认出组织器官部分2和/或血管部分3的各个分段。进一步的，将病灶部分1结合到打印的三维器官模型中，不仅能够便于医患之间的交流和沟通，还能够便于医生准确判断病灶部分1所处的位置，从而更好地规划手术路径以降低手术风险，进一步实现精准医疗的目的。

如图3所示，在本实施例中，步骤S50中，将组织器官部分2和/或血管部分3分割为多个分段包括：

如图16所示，步骤S501，确定分割面5，分割面5将组织器官部分2 和/或血管部分3分割为多个分段。以肝器官组织21举例说明，依据医学上的分段方法确定肝器官组织21的分割面5，分割面5将肝器官组织21 分割为8个分段。

如图16所示，步骤S502，基于分割面5创建隔板4，其中，任意相邻的分段之间设置有隔板4，相邻分段之间的隔板4使得相邻分段之间具有属性突变区域，且肝器官组织21的各分段可以通过隔板4区分辨认。

在本实施例中，为使得打印的三维器官模型能够更加直观、准确地辨认出组织器官部分2和/或血管部分3的各个分段，为方便描述，以肝器官组织21进行说明，在肝器官组织21中，任意两个相邻分段之间由隔板4 分隔，即肝器官组织21包括多个隔板4，其中，多个隔板4可以是相互连接的，也可以是相互独立的，并且，多个隔板4可以由相同属性的材料形成，也可以由不同属性的材料形成，多个隔板4的厚度可以是相同的，也可以是不同的。进一步的，隔板4两侧的分段的属性与隔板4的属性不同，具体的，隔板4的颜色或者透明度不同于隔板4两侧的分段的颜色或者透明度，也可以是隔板4的颜色和透明度不同于隔板4两侧的分段的颜色和透明度，为了使得隔板4在视觉上较为清晰且不会占据太大的位置而影响内部结构的观察，隔板4的厚度可以设置为0.3mm-2mm，在其他的实施例中，隔板4的厚度为0.6mm-1.2mm；本实施例中，由于隔板4的属性和隔板4两侧的分段的属性均不相同，因此，隔板4和其两侧的分段的交界处分别具有一个属性突变区域。

此处举例说明，图11为一种肺分段模型的示意图，本实施例中，肺器官组织22可以分为肺器官组织左上叶221、左下叶222、右上叶223、右中叶224和右下叶225五段，病灶部分1则位于右上叶223中，五个分段中的任意两个之间具有隔板4，隔板4和其两侧的分段具有不同的属性，即分段之间具有至少一个属性突变区域；进一步，根据实际需求还可以将肺器官组织22按其他分段方式进行分割，例如，可以进一步将肺器官组织左上叶221分割为尖后段、前段、舌叶上段、舌叶下段，本申请对肺器官组织22的具体分段不作限制。

在本实施例中，肝器官组织21的8个分段中的任意两个分段之间通过隔板4隔开，即肝器官组织21包括多个隔板4，其中，多个隔板4可以是相互连接的，也可以是相互独立的，并且，多个隔板4可以由相同属性的材料形成，也可以由不同属性的材料形成，多个隔板4的厚度可以是相同的，也可以是不同的，只需保证任意两个相邻分段之间具有至少一个属性突变区域即可。

在本实施例中，图16示出了一种对组织器官部分2进行分段并以创建隔板4的方式进行分割的流程示意图，此处以肝器官组织21部分的Ⅴ段和Ⅶ段为例进行说明，具体的，Ⅴ段Ⅶ段通过分割面5分割，分割面5 是根据Couinaud肝脏分段法确定的，隔板4的创建包括将肝器官组织21 的Ⅴ段和Ⅶ段的分割面5提取出来，并沿垂直于分割面5的方向偏移一定的厚度来形成隔板4，更为具体的，偏移方向可以是沿分割面5的任意一侧，也可以沿分割面5的两侧，实际应用中，可以根据实际的分割情况选择合适的偏移方向。隔板4进一步和肝器官组织21部分的三维模型融合以获得分段的肝器官组织21部分的分段三维模型，即通过在肝器官组织 21部分的三维模型中将隔板4占据的位置剪切掉，即在肝器官组织21部分中形成与隔板4匹配的槽，再将隔板4和剪切后的肝器官部分的三维模型融合即可。

具体的，为了使得分布在组织器官部分2中的血管部分3或者病灶部分1能够从模型外部被观察到，组织器官部分2由无色透明材料和/或彩色透明材料形成，无色透明材料的透光率大于80％，彩色透明材料的透光率大于0％且小于45％；血管部分3和病灶部分1也可以由彩色透明材料和/ 或彩色不透明材料形成，不透明彩色材料的透光率小于10％，但是，为了便于区分，组织器官部分2、血管部分3和病灶部分1分别由颜色和/或透明度不同的材料形成，具体如何设置可以根据用户的实际情况设定，本申请对此不作限制。在部分实施例中，血管部分3还可以包括动脉和静脉，因此，血管部分3还可以进一步通过由颜色和/或透明不同的材料来形成动脉和静脉，通常，为了进一步便于用户的辨认和沟通便，动脉和静脉的颜色可以和传统医学解剖图谱上的色彩保持一致，即，动脉由红色材料形成，静脉由蓝色材料形成。

更进一步的，由于彩色透明材料的透明度低于无色透明材料的透明度，组织器官部分2可以由无色透明材料形成，隔板4可以由白色材料形成，本实施例中，白色材料的透光率小于10％，可以认为是不透明材料的一种，血管部分3和病灶部分1可以由彩色不透明材料形成，这样可以使得血管部分33和病灶部分1在组织器官部分2内的形状、结构和分布位置均被清楚的显示，从而使得医生能够准确判断病灶部分1所处的分段以便于规划手术路径，并且组织器官部分2的各分段可以通过隔板4区分辨认，并且，将隔板4设置为白色，可以进一步提高三维器官模型的明亮度；在其他的实施例中，病灶部分1也可以由透明彩色材料形成，这样可以使得血管部分3在病灶部分1内的分布也被清楚的显示，进一步提高医生进行手术规划的精准度。

在本实施例中，通过上述的三维器官模型的打印方法打印出来的三维器官模型中也可以不包括隔板4，即将组织器官部分2和/或血管部分3分割为多个分段的步骤中可以不包括步骤S502，使得任意两个相邻分段至少在接触的部分具有不同的属性，即使得相邻的分段之间具有至少一个属性突变区域，通过使得相邻分段至少在接触的部分具有不同的属性而使得相邻分段之间具有属性突变区域，基于属性突变区域即可直观、准确地辨认出各个分段。具体的，为方便描述，以图12为例说明，图12中三维模型包括肺器官组织22的一部分、血管部分3和病灶部分1，其中，肺器官组织22的该部分被分割为4个分段，包括病灶部分1所在的分段和与该分段相邻的三个分段，任意两个相邻的分段分别由不同颜色的透明材料形成，即任意两个相邻分段之间具有一个属性突变区域，而血管部分3和病灶部分1则可以由彩色不透明材料形成，这样，既可以使得肺器官组织22 内部的血管部分3和病灶部分1能够清楚的从三维器官模型的外部观察到，还可以将肺器官组织22区分为多个分段，用户可以直观地判断病灶部分1和血管部分3以及各分段之间的相对位置关系；另外，在实际的应用中，可能不需要打印完整的器官，仅打印器官的一部分即可满足需求，例如，在手术规划中，医生只需要知道病灶部分1位于组织器官部分2的哪个分段、与该分段相邻的分段的位置以及该分段和血管部分3的位置关系即可，即三维器官模型仅需包括病灶部分1、血管部分3和组织器官部分2中包括病灶部分1的分段和与该分段相邻的分段就能够满足医生的需求，因此，可以减少打印三维器官模型的材料使用量从而降低减少三维器官模型的成本。

由于彩色透明材料的透明度一般较低，并且随着打印厚度的增加，打印的三维器官模型整体所呈现的透明度会随之降低，为了提高三维器官模型整体的透明度，以便于用户观察组织器官部分2内部的血管部分3的分布和病灶部分1位置，在本实施例中，组织器官部分2的每个分段进一步包括外壳部分211和内部部分212，外壳部分211包裹在至少部分内部部分212的外侧，外壳部分211由彩色透明材料形成，内部部分212由无色透明材料形成，由于彩色透明材料最终打印的厚度仅为外壳部分211，而内部部分212则由透明度大于彩色透明材料的非彩色透明材料形成，能够提高组织器官部分2整体的透明度，而相邻两个分段的外壳部分211由不同颜色的彩色透明材料形成，即任意两个相邻分段之间具有一个属性突变区域以便于区分相邻分段。

其中，在本实施例中，图17示出了将每个分段分割为外壳部分211 和内部部分212的流程示意图，具体的，在每个分段中，在沿垂直于分段外表面的方向朝向分段内部一定距离的位置处将分段分割为外壳部分211 和内部部分212，外壳部分211包裹在整个内部部分212的外侧，外壳部分211的厚度可以根据材料的透明度进行调整，通常，外壳部分211的厚度可以是0.05mm-100mm。图18示出了另一种将每个分段分割为外壳部分211和内部部分212的流程示意图，具体的，在每个分段中，在沿垂直于分段的分割面的方向朝向分段内部一定距离的位置将分段分割为外壳部分211和内部部分212，所述外壳部分211包裹在部分内部部分212的外侧。

具体的，在本实施例中提供一种动脉夹层模型的分段结构，图13、图 14和图15示出了一种动脉夹层图，动脉即本实施例中的血管部分3中的一种，而动脉夹层是一种变异的动脉，也即血管部分3的变异，其中，动脉血管包括内膜311、中膜312和外膜，正常的动脉血管中，3层结构紧密贴合，共同承载血流的通过，其中，中膜312最厚，主要由40～70层有孔的弹性膜构成，动脉夹层指动脉腔内的血液从主动脉内膜311撕裂处进入主动脉中膜312，使中膜312和外膜分离，沿动脉长轴方向扩展形成动脉壁的真假两腔分离状态。在实际应用中，可以基于中膜312和外膜分离的位置将血管分割为真腔段31和假腔段32，真腔段31包括动脉血管的内膜311和中膜312以及真腔部分的真腔外膜313，假腔段32则包括假腔部分的假腔外膜321；此时，通过使得真腔段31和假腔段32具有不同的属性，即使得真腔段31和假腔段32之间形成有属性突变区域，可以便于医生区分真腔和假腔，并且，若进一步使得假腔段32由透明材料形成，还可以直观地确定内膜311上撕裂处的位置。

如图5所示，在本实施例中提供一种打印装置，为方便描述，在此依然以肝器官组织21为例进行说明，具体的，打印装置包括：

数据获取模块6，用于获取影像数据，影像数据包括二维影像数据、三维影像数据等影像数据，在此不对影像数据做具体限定，只要能够满足符合三维器官模型打印的影像数据即可。

三维建模模块7，用于基于影像数据进行三维建模以获得三维模型，三维模型包括组织器官部分2、血管部分3和病灶部分1中的至少一个。

模型分割模块8，用于将组织器官部分2和/或血管部分3分割为多个分段。

打印属性定义模块9，用于为所述三维模型定义打印属性使得所述多个分段之间具有至少一个属性突变区域。

打印成型模块10，用于打印获得三维器官模型。

如图6所示，具体的，在本实施例中，数据获取模块6可以包括数据预览模块61及图像预处理模块62，数据预览模块61用于查看数据的相关内容，图像预处理模块62用于判断图像是否出现倒置，并将倒置的图像调整到正确方向。

如图7所示，具体的，在本实施例中，三维建模模块727包括提取模块71、建模模块72和融合模块73，其中，提取模块71用于在影像数据中提取出组织器官部分2的数据、血管部分3的数据和/或病灶部分1的数据，建模模块72用于基于提取的相应数据建立组织器官三维模型、血管三维模型和/或病灶三维模型，融合模块73用于融合病灶三维模型、组织器官三维模型和/或血管三维模型以获得三维模型。

如图8所示，具体的，模型分割模块8包括分段模块81，分段模块 81用于在组织器官部分2和/或血管部分3中确定分割面5以对组织器官部分2和/或血管部分3进行分段；模型分割模块8还可以包括隔板建立模块82，隔板建立模块82用于基于分段模块81确定的分割面5形成具有一定厚度的隔板4，并将隔板4和三维模型融合；模型分割模块8还可以包括分段分割模块83，分段分割模块83用于将分段分割为外壳部分211和内部部分212。

如图9所示，具体的，打印成型模块10包括数据处理模块101和打印模块102，数据处理模块101用于将定义了打印属性的三维模型进行切片以获得切片数据，并基于切片数据获得打印控制数据，打印模块102则用于基于打印控制数据进行打印以获得三维器官模型。

本实施例中，使用所述打印设备打印的三维器官模型的有益效果和上述任意实施例中所述的三维器官模型的打印方法打印的三维器官模型的有益效果相同，前文已经明确说明，此处不再赘述。

如图10-图15所示，在本实施例中还提供一种三维器官模型，具体的，该三维器官模型包括组织器官部分2、血管部分3和病灶部分1中的至少一个，组织器官部分2和/或血管部分3包括多个分段，其中，任意两个相邻分段之间具有至少一个属性突变区域，通过将三维器官模型中的组织器官部分2和/或血管部分3进行分段，且规定任意相邻的分段之间具有至少一个属性突变区域以区分各个分段，进而实现直观、准确地辨认出组织器官部分2和/或血管部分3的各个分段。进一步的，将病灶部分1结合到打印的三维器官模型中，不仅能够便于医患之间的交流和沟通，还能够便于医生准确判断病灶部分1所处的位置，从而更好地规划手术路径以降低手术风险，进一步实现精准医疗的目的。

需要说明的是，在本实施例中，例如，将三维器官模型用于教学时，三维器官模型可以不包括病灶部分1。

本实施例提供一种打印设备，该打印设备包括处理器11和存储器12，其中，存储器12用于存储至少一条指令，指令由处理器11加载并执行时以实现上述任意一实施例中所述的三维器官模型的打印方法。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (27)

1.一种三维器官模型的打印方法，其特征在于，包括：

获取影像数据；

基于所述影像数据进行三维建模以获得三维模型，所述三维模型包括组织器官部分、血管部分中的至少一个和病灶部分，或者，所述三维模型包括所述组织器官部分、所述血管部分中的至少一个；

将所述组织器官部分和/或所述血管部分分割为多个分段；

为所述三维模型定义不同的打印属性，使得任意相邻的所述分段之间具有至少一个属性突变区域；

打印获得三维器官模型。

2.根据权利要求1所述的三维器官模型的打印方法，其特征在于，将所述组织器官部分和/或所述血管部分分割为多个分段包括：

确定分割面，所述分割面将所述组织器官部分和/或所述血管部分分割为多个所述分段。

3.根据权利要求2所述的三维器官模型的打印方法，其特征在于，将所述组织器官部分和/或所述血管部分分割为多个分段还包括：

基于所述分割面创建隔板，其中，任意相邻的所述分段之间设置有所述隔板；

所述隔板两侧的所述分段的属性与所述隔板的属性不同。

4.根据权利要求3所述的三维器官模型的打印方法，其特征在于，多个所述隔板具有相同的属性和/或厚度。

5.根据权利要求3所述的三维器官模型的打印方法，其特征在于，所述隔板两侧的分段的属性相同。

6.根据权利要求1所述的三维器官模型的打印方法，其特征在于，任意两个相邻所述分段至少在接触的部分具有不同的属性，使得相邻的所述分段之间具有至少一个属性突变区域。

7.根据权利要求6所述的三维器官模型的打印方法，其特征在于，所述分段包括：

外壳部分和内部部分；

任意两个相邻所述分段的外壳部分的属性不同。

8.根据权利要求1所述的三维器官模型的打印方法，其特征在于，所述属性包括颜色和/或透明度。

9.根据权利要求1所述的三维器官模型的打印方法，其特征在于，基于所述影像数据进行三维建模包括：

提取出所述组织器官部分、所述血管部分和所述病灶部分中的至少两个以分别建立组织器官三维模型、血管三维模型和病灶三维模型中的至少两个；

融合所述组织器官三维模型、所述血管三维模型和所述病灶三维模型中的至少两个以获得所述三维器官模型。

10.根据权利要求1所述的三维器官模型的打印方法，其特征在于，打印获得三维器官模型包括：

将所述三维模型进行切片并获得切片数据；

基于所述切片数据获得打印控制数据；

基于所述打印控制数据进行三维打印，以获得所述三维器官模型。

11.一种打印装置，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取影像数据；

三维建模模块，用于基于所述影像数据进行三维建模以获得三维模型，所述三维模型包括组织器官部分、血管部分中的至少一个和病灶部分，或者，所述三维模型包括所述组织器官部分、所述血管部分中的至少一个；

模型分割模块，用于将所述组织器官部分和/或所述血管部分分割为多个分段；

打印属性定义模块，用于为所述三维模型定义打印属性使得所述多个分段之间具有至少一个属性突变区域；

打印成型模块，用于打印获得三维器官模型。

12.根据权利要求11所述的打印装置，其特征在于，所述数据获取模块包括：

数据预览模块，所述数据预览模块用于查看获取的所述影像数据；

图像预处理模块，所述图像预处理模块用于判断影像是否倒置。

13.根据权利要求11所述的打印装置，其特征在于，所述三维建模模块包括：

提取模块，所述提取模块用于从所述影像数据分别提取出病灶部分的影像数据、所述组织器官部分的影像数据和所述血管部分的影像数据中的至少两个；

建模模块，所述建模模块用于建立病灶三维模型、组织器官三维模型和血管三维模型中的至少两个；

融合模块，所述融合模块用于融合所述病灶三维模型、所述组织器官三维模型和所述血管三维模型中的至少两个以获得所述三维模型。

14.根据权利要求11所述的打印装置，其特征在于，所述模型分割模块包括：

分段模块，所述分段模块用于确定分割面，所述分割面将所述组织器官部分和/或所述血管部分分割为多个所述分段。

15.根据权利要求14所述的打印装置，其特征在于，所述模型分割模块还包括：

隔板建立模块，所述隔板建立模块用于基于所述分割面创建隔板，并将所述隔板与所述三维模型融合。

16.根据权利要求11所述的打印装置，其特征在于，所述模型分割模块还包括：

分段分割模块，所述分段分割模块用于将所述分段分割为外壳部分和内部部分。

17.根据权利要求11所述的打印装置，其特征在于，所述打印成型模块包括：

数据处理模块，所述数据处理模块用于将定义了打印属性的三维模型进行切片并获得切片数据，并基于所述切片数据获得打印控制数据；

打印模块，所述打印模块用于基于所述打印控制数据进行三维打印，以获得所述三维器官模型。

18.一种三维器官模型，其特征在于，包括组织器官部分、血管部分中的至少一个和病灶部分，或者，所述三维器官模型包括所述组织器官部分、所述血管部分中的至少一个；

所述组织器官部分和/或血管部分包括多个分段，其中，任意两个相邻分段之间具有至少一个属性突变区域。

19.根据权利要求18所述的三维器官模型，其特征在于，所述组织器官部分和/或血管部分的属性与所述病灶部分的属性不同。

20.根据权利要求18所述的三维器官模型，其特征在于，还包括：

至少一个隔板，任意相邻的所述分段之间设置有所述隔板，所述隔板将所述组织器官部分和/或所述血管部分分割为多个所述分段；

所述隔板两侧的所述分段的属性与所述隔板的属性不同。

21.根据权利要求20所述的三维器官模型，其特征在于，所述隔板具有相同的属性和/或厚度。

22.根据权利要求20所述的三维器官模型，其特征在于，所述隔板两侧的分段的属性相同。

23.根据权利要求18所述的三维器官模型，其特征在于，任意两个相邻所述分段至少在接触的部分具有不同的属性，使得相邻的所述分段之间具有至少一个属性突变区域。

24.根据权利要求23所述的三维器官模型，其特征在于，所述分段包括：

外壳部分和内部部分；

任意两个相邻所述分段的外壳部分的属性不同。

25.根据权利要求24所述的三维器官模型，其特征在于，所述外壳部分由彩色透明材料形成，所述内部部分由无色透明材料形成。

26.根据权利要求18所述的三维器官模型，其特征在于，所述属性包括颜色和/或透明度。

27.一种打印设备，其特征在于，包括：

处理器；

存储器，所述存储器用于存储至少一条指令，所述指令由所述处理器加载并执行时以实现权利要求1-10中任意一项所述的方法。

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