CN113706988A - 人体断层解剖教具制作方法 - Google Patents

人体断层解剖教具制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种人体断层解剖教具制作方法，教具图像清晰，保持人体断层解剖标本的原貌，结构清晰，逼真；前期标本制作、数据采集、建模完成后，后续制作过程简单、时间短，可批量制作，生产效率提高，节约投入成本，可最大限度满足教学需要；与同模型教学云平台配套使用，虚实一体化，更具创意，更具科技元素，可称之为虚实一体化智能3D人体断层解剖云教材；人体断层解剖3D建模，双面立体原色打印，成本低，模型逼真，结构清晰，环保无公害，与同模型教学云平台配套使用，虚实一体化，更具创意，更具科技元素，可称之为虚实一体化智能3D人体断层解剖云教材；便于实现互联网与AR技术融合，创新学习模式。

Description

人体断层解剖教具制作方法
技术领域
本发明涉及一种医学教模制作技术，特别涉及一种人体断层解剖教具制作方法。
背景技术
随着CT、MRI、介入放射治疗等医学影像技术的发展，人体断面解剖学在医学各专业教学以及社会医学工作者学习中，越来越占据重要的地位。断层解剖学作为医学院校的一门形态科学必修课程，观察标本是最有效的学习途径。因此，人体断层解剖教学标本就成为医学院校人体断层解剖教学的必不可少的教具。目前，人体断层解剖教具有两种，一种来自于真人尸体的断层标本，一种是按照人体断面结构描绘制作的模型。
(一)真人尸体的断层标本的制作方法的优点及存在问题：
1、如图1所示真人尸体冰冻切片断层标本实物图，将真人尸体福尔马林灌注充分固定后冰冻连续切片，缝合、刷胶、固定在亚克力板上，装入标本盒保存，用于教学观察。这种方法制作的标本优点是采用真人尸体制作，结构清晰，各脏器断面位置比邻准确直观可见，能观察各细微结构。教学和制作缺点是：①隔着有机玻璃标本盒和福尔马林液，学习者不宜观察，不利于学习。②没有标注，对准图谱观看，制作图谱的标本断面和实物观察的标本的断面不是同一个标本，显示结构不完全相同，有学习盲点。③标本难得，不易长期保存。一套正常人体断面解剖水平面、矢状面、冠状面需要3男3女六具完好的尸体冰冻连续切片，因此，标本来源非常困难，而且，这些标本经过长时间固定存放后，存在变色、霉变、出油等改变，结构不清，影响观察的弊端，维护成本高。
④标本制作时间长，价格高。
2、如图2所示真人尸体冰冻切片解剖断层塑化环氧树脂包埋技术制作实物图，将真人尸体福尔马林灌注充分固定后环氧树脂塑化，连续切片。优点：不需用福尔马林固定，环保。教学和制作缺点：①制作工艺非常复杂，耗时非常长，价格极高。②没有标注，学习者不宜观察，不利于学习，对准图谱观看，制作图谱的标本断面和我们实物观察的标本的断面不是同一个标本，显示结构不完全相同，有学习盲点。③在制作过程中需要脱水、透明等工艺，将脂肪等组织溶解，标本呈透明状，人体结构失真，器官断面的比邻位置破坏，不宜观察。④容易变形，不易长期保存，损坏后无法更换和维护。
(二)按照人体断面结构描绘制作的模型优点及存在问题：
如图3所示人体断层解剖模型实物图，按照人体断面结构采用国人1：1比例绘制各断面结构，油漆手绘图。优点：①结构色彩鲜颜，对比明显，不需要福尔马林固定，环保。②学习者可手拿任意观看，直观。③可以批量制作。教学和制作缺点：①不真实，只能看到大的器官结构，缺乏细微结构，学习有盲点，对初学者不利。②没有标注，对照图谱观看，缺少许多细微结构，不利于学习，甚至误导初学者。
发明内容
针对人体断层解剖教具存在的问题，提出了一种人体断层解剖教具制作方法，吸取了真人尸体福尔马林灌注充分固定后冰冻连续切片标本制作的优点，制作出精美的人体断层标本，融合计算机技术制作3D模型，采用3D打印和UV原色印制技术，解决了人体断层解剖学教具短缺、缺乏标注，不便于学习的痛点。
本发明的技术方案为：一种人体断层解剖教具制作方法，具体包括如下步骤：
1)标本制作：真人尸体福尔马林灌注充分固定后各器官结构基本恢复正常人体解剖位置，根据人体断层解剖学的原理或教学需求对福尔马林灌注充分固定后的真人尸体进行冰冻，对冰冻后的尸体进行CT扫描，确定冰冻情况下尸体各重要脏器的位置，根据获得的CT扫描数据，结合医学影像断层解剖教学需求定位冰冻尸体不同部位断层切片层厚，切片层厚为0.2-0.5cm，定位连续冰冻切片位置，制成符合医学影像断层解剖教学需求的真实片状断层解剖标本；
2)数据采集：首先，对步骤1)获得的断层解剖标本每片实物标本高清三维扫描，获取每片断层解剖标本的所有轮廓结构，再将三维扫描数据转换为低面数3D模型数据；然后，对步骤1)获得的每片断层解剖标本，利用高清相机，对断层解剖每片标本两面断层结构进行拍摄，获取每片断层解剖样本结构的颜色数据；
3)采用冰冻尸体CT扫描数据按照1：1还原真实人体结构，结合三维扫描数据和对应的二维数码高清图像数据，用Maya还原真实人体断层结构建成逼真的原色彩三维模型；
4)制作3D教具：
方法一：将步骤3)获得的原色彩三维模型以FBX格式输出，采用无公害环保高分子材料和光固化技术对每片断层解剖结构数据进行3D全彩打印，获得结构清晰的片状断层解剖教具模型；
方法二：将步骤3)获得的片状断层解剖模型采用无公害环保高分子材料和紫外光敏技术进行双面高清全彩印制，高度仿真原标本颜色和结构，获得逼真的片状人体断层解剖教具。
进一步，所述步骤2)中低面数3D模型数据的扫描面数不低于30000faces，所述高清相机获得的图片分辨率不低于27600000pt。
进一步，所述步骤3)采用Maya还原真实人体断层结构进行三维建模，贴图分辨率不低于4194304pt，建模面数不低于10000faces。
进一步，所述步骤4.2)结构颜色还原采用环保并符合仿真的透明度要求和耐磨材料。
本发明的有益效果在于：本发明人体断层解剖教具制作方法，教具图像清晰，保持人体断层解剖标本的原貌，结构清晰，逼真；前期标本制作、数据采集、建模完成后，后续制作过程简单、时间短，可批量制作，生产效率提高，节约投入成本，可最大限度满足教学需要；与同模型教学云平台配套使用，虚实一体化，更具创意，更具科技元素，可称之为虚实一体化智能3D人体断层解剖云教材；人体断层解剖3D建模，立体原色打印，成本低，模型逼真，结构清晰，环保无公害，与同模型教学云平台配套使用，虚实一体化，更具创意，更具科技元素，可称之为虚实一体化智能3D人体断层解剖云教材；便于实现互联网与AR技术融合，创新学习模式。
附图说明
图1为现有的真人尸体冰冻切片断层标本实物图；
图2为现有的真人尸体冰冻切片解剖断层塑化环氧树脂包埋技术制作实物图；
图3为现有的人体断层解剖模型实物图；
图4为本发明人体断层解剖光固化技术3D打印模型图；
图5为本发明人体断层紫外线光敏技术立体高清原色印制模型图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明人体断层解剖教具制作方法的具体步骤如下：
1、标本制作：真人尸体福尔马林灌注充分固定后各器官结构基本恢复正常人体解剖位置，根据人体断层解剖学的原理或特殊教学需求对福尔马林灌注充分固定后的真人尸体进行冰冻，进行CT扫描，确定冰冻实体各重要器官、结构的位置，准确定位切片的层厚为0.2-0.5CM,然后按照CT定位准确进行断层连续冰冻切片，制成真实的片状断层解剖标本。
2、数据采集：首先，对步骤1获得断层解剖每片标本进行结构三维扫描，通过断层实物标本高清三维扫描获取每片断层解剖标本的所有轮廓结构，通过计算机技术将三维扫描数据转换为低面数3D模型数据，扫描面数不低于30000faces；然后，对步骤1获得断层解剖每片标本，利用高清相机，对断层解剖每片标本两面断层结构进行拍摄，获取每片断层解剖样本结构的颜色数据，二维高清图像数据采集，采集图片分辨率不低于27600000pt。
3、还原真实人体断层结构，三维建模：结合冰冻人体的CT扫描数据、所有断层解剖标本三维扫描数据和对应的二维数码高清图像数据，采用Maya还原真实人体断层结构进行三维建模，贴图分辨率最小不低于4194304pt，建模面数最小不低于10000faces。如图4所示人体断层解剖3D建模图。
4、制作3D教具：
方法一：3D结构打印：将三维模型以FBX格式输出，采用无公害环保高分子材料和光固化技术对每片断层解剖结构数据进行3D全彩打印，获得结构清晰的片状断层解剖教具模型。
方法二：结构颜色还原：采用无公害环保符合仿真的透明度要求和耐磨的材料，例如树脂类材料，和紫外光敏技术进行双面高清全彩印制，保证断层图像结构清晰的情况下，与原标本颜色高度仿真，如图5所示人体断层紫外线光敏技术立体高清原色印制模型图。获得最终的片状人体断层解剖教具。
本发明的人体断层解剖教具制作方法，除了获得逼真、结构清晰、可反复使用的教具，利于学习者可手拿直观观察学习，并且因为教具中包括了所有细节结构，对学习者更好的了解人体结构。同时制作方法中获取了人体的所有细节数据，利于结合现有的计算机技术、平台技术、互联网技术进行学习推广。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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 (4)

1.一种人体断层解剖教具制作方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1)标本制作：真人尸体福尔马林灌注充分固定后各器官结构基本恢复正常人体解剖位置，根据人体断层解剖学的原理或教学需求对福尔马林灌注充分固定后的真人尸体进行冰冻，对冰冻后的尸体进行CT扫描，确定冰冻情况下尸体各重要脏器的位置，根据获得的CT扫描数据，结合医学影像断层解剖教学需求定位冰冻尸体不同部位断层切片层厚，切片层厚为0.2-0.5cm，定位连续冰冻切片位置，制成符合医学影像断层解剖教学需求的真实片状断层解剖标本；
2)数据采集：首先，对步骤1)获得的断层解剖标本每片实物标本高清三维扫描，获取每片断层解剖标本的所有轮廓结构，再将三维扫描数据转换为低面数3D模型数据；然后，对步骤1)获得的每片断层解剖标本，利用高清相机，对断层解剖每片标本两面断层结构进行拍摄，获取每片断层解剖样本结构的颜色数据；
3)采用冰冻尸体CT扫描数据按照1：1还原真实人体结构，结合三维扫描数据和对应的二维数码高清图像数据，用Maya还原真实人体断层结构建成逼真的原色彩三维模型；
4)制作3D教具：
方法一：将步骤3)获得的原色彩三维模型以FBX格式输出，采用无公害环保高分子材料和光固化技术对每片断层解剖结构数据进行3D全彩打印，获得结构清晰的片状断层解剖教具模型；
方法二：将步骤3)获得的片状断层解剖模型采用无公害环保高分子材料和紫外光敏技术进行双面高清全彩印制，高度仿真原标本颜色和结构，获得逼真的片状人体断层解剖教具。
2.根据权利要求1所述人体断层解剖教具制作方法，其特征在于，所述步骤2)中低面数3D模型数据的扫描面数不低于30000faces，所述高清相机获得的图片分辨率不低于27600000pt。
3.根据权利要求2所述人体断层解剖教具制作方法，其特征在于，所述步骤3)采用Maya还原真实人体断层结构进行三维建模，贴图分辨率不低于4194304pt，建模面数不低于10000faces。
4.根据权利要求1至3所述人体断层解剖教具制作方法，其特征在于，所述步骤4.2)结构颜色还原采用环保并符合仿真的透明度要求和耐磨材料。
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