CN117017595A - 一种个体化镂空式脑保护帽制作方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种个体化镂空式脑保护帽制作方法和装置，包括如下：将具有颅骨缺损的原始影像数据导入医学影像分析和可视化平台进行重建得到两头颅模型；对其中一所述头颅模型进行处理得到双凸面骨板模型，对所述双凸面骨板模型进行剪裁以保留其上与所述颅骨缺损及其周围相对应的部分，再制作若干通气孔得到骨板；对另一所述头颅模型进行处理得到全头部帽体，减去全头部帽体的颅骨缺损位置，再制作若干通气孔得到帽体；将所述骨板和所述帽体进行合并得到保护帽模型，根据所述保护帽模型制作保护帽。本发明的保护帽能完全匹配患者头骨缺损，且在佩戴过程中不会发生位移。

Description

一种个体化镂空式脑保护帽制作方法和装置

技术领域

本发明涉及误差补偿领域，特别是指一种个体化镂空式脑保护帽制作方法和装置。

背景技术

日常生活中，创伤性脑损伤发生率、致残率和死亡率居高不下。其中去骨瓣减压术是最常见的手术方法。医生将患者头皮切开，将头骨去除一部分，然后直接缝合头皮，来降低脑内压力，挽救患者生命。在3-6月后，患者将会接受人工头骨修补手术，把缺损的头骨补上。但是在这3-6个月恢复期间，患者的大脑和外界通过头皮直接相连，局部没有坚固的头骨保护，头部如果受到外力挤压，非常容易发生二次脑挤压损伤，参见图1。

现有的保护方法包括：

1、佩戴头盔，但是头盔整体比较重，佩戴不方便，透气性差，并不适合长期佩戴。

2、通用型3D打印保护帽,此类保护帽相比头盔重量减轻很多，但是由于是通用型的，无法进行大小调节，无法根据患者头骨缺损情况个体化设计，因此佩戴后不舒服，而且此类保护帽外观款式单一，患者不能自主选择样式，影响美观。

3、个体化保护帽，目前市场有一些产品是个体化设计，但是其所设计的整个帽体厚度是一致的，没有加厚点；而且由于是单纯的针对缺损处的保护，保护板比较小，佩戴后容易前后或者上下滑动，不稳定,对头皮缝合处产生摩擦，引起感染。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中在解决脑外伤患者头部保护问题上存在一些缺陷，提出一种个体化镂空式脑保护帽制作方法和装置，从重量、透气性、外观、稳定性、牢固性等均做了改进提升。

本发明采用如下技术方案：

一种个体化镂空式脑保护帽制作方法，其特征在于，包括如下：

将具有颅骨缺损的原始影像数据导入医学影像分析和可视化平台进行重建得到两头颅模型；

对其中一所述头颅模型进行处理得到双凸面骨板模型，对所述双凸面骨板模型进行剪裁以保留其上与所述颅骨缺损及其周围相对应的部分，再制作若干通气孔得到骨板；

对另一所述头颅模型进行处理得到全头部帽体，减去全头部帽体的颅骨缺损位置，再制作若干通气孔得到帽体；

将所述骨板和所述帽体进行合并得到保护帽模型，根据所述保护帽模型制作保护帽。

优选的，通过所述医学影像分析和可视化平台中的分割器模块的阈值功能对所述原始影像数据进行一键重建得到所述头颅模型，并对所述头颅模型进行复制得到相同的另一所述头颅模型。

优选的，对其中一所述头颅模型进行处理得到双凸面骨板模型，具体包括如下：

将所述头颅模型旋转至标准正中矢状面，并以正中矢状面作为裁剪平面，剪去所述头颅模型中具有所述颅骨缺损的一侧得到新的模型；

利用镜像功能将所述新的模型沿着标准正中矢状面进行翻转得到模型C，将所述头颅模型和所述模型C进行相加，得到完整的头颅模型；

将所述完整的头颅模型进行中心镂空，使用阈值填充所述完整的头颅模型上的所述颅骨缺损位置上的缺损，将填充物与中心镂空后的所述完整的头颅模型进行合并，得到新的头颅模型；

对所述新的头颅模型再次进行中心镂空并保留预设的壁厚，即得到所述双凸面骨板模型。

优选的，对所述双凸面骨板模型进行剪裁以保留其上与所述颅骨缺损及其周围相对的部分，具体是指：使用剪刀功能对所述双凸面骨板进行剪裁，保留其上的所述颅骨缺损及其周围设定边界的部分。

优选的，所述对另一所述头颅模型进行处理得到全头部帽体具体为：对所述头颅模型进行镂空处理，并使用剪刀工具以后枕部隆突上缘和骨板中央为界裁剪形成全头部帽体；

优选的，所述骨板上的通气孔直径大于所述全头部帽体上的通气孔直径。

优选的，还包括按照所述保护帽的大小，制作所述保护帽的板套以包装封套所述保护帽。

优选的，还包括有外置帽，所述外置帽罩设于所述板套外，所述外置帽与所述板套之间通过魔术贴实现固定。

优选的，所述外置帽为医用弹力绷带帽、黑色发网、运动发带或弹力帽。

一种个体化镂空式脑保护帽制作装置，其特征在于，包括

头颅模型制作单元，将具有颅骨缺损的原始影像数据导入医学影像分析和可视化平台进行重建得到两头颅模型；

骨板制作单元，对其中一所述头颅模型进行处理得到双凸面骨板模型，对所述双凸面骨板模型进行剪裁以保留其上与所述颅骨缺损及其周围相对应的部分，再制作若干通气孔得到骨板；

帽体制作单元，对另一所述头颅模型进行处理得到全头部帽体，减去全头部帽体的颅骨缺损位置，再制作若干通气孔得到帽体；

保护帽制作单元，将所述骨板和所述帽体进行合并得到保护帽模型，根据所述保护帽模型制作保护帽。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明中，对头颅模型进行处理得到双凸面骨板模型，根据双凸面骨板模型制作的骨板采用局部双凸面设计，整个骨板的厚度并不是均匀一致的，而是根据患者头部外形，在头皮比较凹陷的地方进行个体化凸起设计，并进行内部镂空，形成空心式双凸面结构，能完全匹配患者头骨缺损，同时大大减少了模型的重量，提高了3D打印速度。

2、本发明中，对的帽体结构设计，整个帽体是按照患者头部大小生成的标准个体化帽体，患者佩戴后可以达到完全吻合，在佩戴过程中不会发生位移，从而保证了保护帽的稳固性，长时间佩戴后不会发生位移。

3、本发明中，骨板和帽体一体式设计，直接佩戴在头部即可，无需其它固定装置。

4、本发明中，设置板套来包装封套保护帽，并配设外置帽，板套与外置帽之间可通过魔术贴实现紧密连接，更进一步减少佩戴过程中的滑动；外置帽可采用医用弹力绷带帽、黑色发网、运动发带或弹力帽等，增加了患者对外置帽的可选择性，可自由更换样式，而且清洗更方便。

附图说明

图1为头骨缺损影像图。

图2为对原始影像数据进行一键重建的示意图。

图3为将头颅模型进行旋转以及剪裁后的示意图。

图4为处理得到完整的头颅模型示意图。

图5为处理得到新的头颅模块示意图。

图6为处理得到骨板示意图。

图7为制作帽体并将帽体与骨板合并示意图。

图8为制作板套示意图。

图9为外置帽示意图。

图10外置帽的替代方案示意图。

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

另外，在本申请的描述中，除非另有说明，“若干”、“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明的一种个体化镂空式脑保护帽制作方法，包括如下：

1)将具有颅骨缺损的原始影像数据导入医学影像分析和可视化平台进行重建得到两头颅模型。其中，原始影像数据为患者在医院检查的头部CT影像，其数据格式为DCM。

医学影像分析和可视化平台可以采用3DSlicer，3DSlicer是一款完全开源的医学影像建模软件，不仅拥有强大的建模功能，还具有各种可调用的影像配准算法，大大降低了软件的购买成本。

该步骤中，先将具有颅骨缺损的原始影像数据直接导入3DSlicer，然后选择分割器模块的阈值功能对原始影像数据进行一键重建得到头颅模型，并对头颅模型进行复制得到相同的另一头颅模型，即两个头颅模型是重叠的，参见图2。

2)对其中一头颅模型进行处理得到双凸面骨板模型，对双凸面骨板模型进行剪裁以保留其上与颅骨缺损及其周围相对应的部分，再制作若干通气孔得到骨板。

处理得到双凸面骨板模型具体包括如下：

2.1)将头颅模型旋转至标准正中矢状面，并以标准正中矢状面作为裁剪平面，剪去头颅模型中具有颅骨缺损的一侧得到新的模型。可采用多平面重建工具将头颅模型的影像旋转至标准正中矢状面，利用剪刀工具减去头颅模型中非正常的部分也即颅骨有缺损的部分得到新的模型，参见图3。

2.2)利用镜像功能将新的模型沿着标准正中矢状面进行翻转得到模型C，将头颅模型和模型C进行相加，得到完整的头颅模型，参见图4。该步骤中，可采用逻辑运算功能将头颅模型和模型C进行相加。

2.3)将完整的头颅模型进行中心镂空，使用阈值填充完整的头颅模型上的颅骨缺损位置上的缺损，将填充物与中心镂空后的完整的头颅模型进行合并，得到新的头颅模型，参见图5。该步骤中，采用医学影像分析和可视化平台中的镂空功能将头颅模型进行中心镂空。

2.4)对新的头颅模型再次进行中心镂空并保留预设的壁厚，即得到双凸面骨板模型。该步骤中，预设的壁厚可以根据实际情况设定，例如可以为2mm，但不限于此。

该步骤中，对双凸面骨板模型进行剪裁以保留其上与颅骨缺损及其周围相对的部分，具体是指：使用剪刀功能对双凸面骨板模型进行剪裁，保留其上的颅骨缺损及其周围设定边界(2cm)的部分，颅骨缺损周围设定边界不限于2cm，可根据实际情况调整。

剪裁后再制作若干通气孔得到骨板，该通气孔可在骨板上均匀分布，直径可以是5mm，但不限于此，参见图5。

该步骤中，并不是单纯的将对侧正常颅骨镜像过来，而是在镜像后，通过对模型扭曲变形后，使其更加贴合患者头皮，更具有个体化特点。

3)对另一头颅模型进行处理得到全头部帽体，减去全头部帽体的颅骨缺损位置，再制作若干通气孔得到帽体，参见图6。

该步骤具体为：对步骤1)中的另一头颅模型采用镂空根据进行镂空处理，并使用剪刀工具以后枕部隆突上缘和骨板中央为界裁剪形成全头部帽体，该全头部帽体厚度可以是2mm。然后使用剪刀减去颅骨缺损位置，并设置若干通气孔，通气孔可以是均匀分布，其直径可大于骨板上的通孔之间，可以为10mm，但不限于此。

4)将骨板和帽体进行合并得到保护帽模型，根据保护帽模型制作保护帽。具体的，通过3D打印技术进行制作保护帽，保护帽打印所使用的材料为高分子光敏树脂材料。

进一步的，本发明还包括按照保护帽的大小，制作保护帽的板套以包装封套保护帽。设置板套以包装封套保护帽，整个板套包裹在整个保护帽的表面，减少保护帽和头皮之间的摩擦，能使用户佩戴更舒服，常规选择黑色。该保护帽可采用高弹性柔软布料制作成。

本发明还包括有外置帽，外置帽罩设于板套外，外置帽与板套之间通过魔术贴实现固定，更进一步减少佩戴过程中的滑动。魔术贴的位置可以是位于骨板处，即在板套外表面以及外置帽内表面的骨板位置设置魔术贴，可以是自粘式魔术贴层。

本发明中，外置帽选择普通棒球帽或者其它样式帽子均可，参见图9，外置帽还可采用医用弹力绷带帽、黑色发网、运动发带或弹力帽等进行替代，参见图10。

基于此，本发明还提出一种个体化镂空式脑保护帽制作装置，包括

头颅模型制作单元，将具有颅骨缺损的原始影像数据导入医学影像分析和可视化平台进行重建得到两头颅模型。该头颅模型制作单元可用于执行上述的步骤1)。

骨板制作单元，对其中一头颅模型进行处理得到双凸面骨板模型，对双凸面骨板模型进行剪裁以保留其上与颅骨缺损及其周围相对应的部分，再制作若干通气孔得到骨板。该骨板制作单元可用于执行上述的步骤2)。

帽体制作单元，对另一头颅模型进行处理得到全头部帽体，减去全头部帽体的颅骨缺损位置，再制作若干通气孔得到帽体。该帽体制作单元可用于执行上述的步骤3)。

保护帽制作单元，将骨板和帽体进行合并得到保护帽模型，根据保护帽模型制作保护帽。该保护帽制作单元可用于执行上述的步骤4)。

本发明的方法和装置，骨板局部双凸面设计，整个骨板的厚度并不是均匀一致的，而是根据患者头部外形，在头皮比较凹陷的地方也即颅骨缺损位置进行个体化凸起设计，并进行内部镂空，形成空心式双凸面结构，完全匹配患者头骨缺损。本发明的帽体是按照患者头部大小生成的标准个体化帽体，患者佩戴后可以达到完全吻合，在佩戴过程中不会发生位移，从而保证了保护帽的稳固性，长时间佩戴后不会发生位移。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种个体化镂空式脑保护帽制作方法，其特征在于，包括如下：

将具有颅骨缺损的原始影像数据导入医学影像分析和可视化平台进行重建得到两头颅模型；

对其中一所述头颅模型进行处理得到双凸面骨板模型，对所述双凸面骨板模型进行剪裁以保留其上与所述颅骨缺损及其周围相对应的部分，再制作若干通气孔得到骨板；

对另一所述头颅模型进行处理得到全头部帽体，减去全头部帽体的颅骨缺损位置，再制作若干通气孔得到帽体；

将所述骨板和所述帽体进行合并得到保护帽模型，根据所述保护帽模型制作保护帽。

2.如权利要求1所述的一种个体化镂空式脑保护帽制作方法，其特征在于，通过所述医学影像分析和可视化平台中的分割器模块的阈值功能对所述原始影像数据进行一键重建得到所述头颅模型，并对所述头颅模型进行复制得到相同的另一所述头颅模型。

3.如权利要求1所述的一种个体化镂空式脑保护帽制作方法，其特征在于，对其中一所述头颅模型进行处理得到双凸面骨板模型，具体包括如下：

将所述头颅模型旋转至标准正中矢状面，并以标准正中矢状面作为裁剪平面，剪去所述头颅模型中具有所述颅骨缺损的一侧得到新的模型；

利用镜像功能将所述新的模型沿着标准正中矢状面进行翻转得到模型C，将所述头颅模型和所述模型C进行相加，得到完整的头颅模型；

将所述完整的头颅模型进行中心镂空，使用阈值填充所述完整的头颅模型上的所述颅骨缺损位置上的缺损，将填充物与中心镂空后的所述完整的头颅模型进行合并，得到新的头颅模型；

对所述新的头颅模型再次进行中心镂空并保留预设的壁厚，即得到所述双凸面骨板模型。

4.如权利要求1所述的一种个体化镂空式脑保护帽制作方法，其特征在于，对所述双凸面骨板模型进行剪裁以保留其上与所述颅骨缺损及其周围相对的部分，具体是指：使用剪刀功能对所述双凸面骨板进行剪裁，保留其上的所述颅骨缺损及其周围设定边界的部分。

5.如权利要求1所述的一种个体化镂空式脑保护帽制作方法，其特征在于，所述对另一所述头颅模型进行处理得到全头部帽体具体为：对所述头颅模型进行镂空处理，并使用剪刀工具以后枕部隆突上缘和骨板中央为界裁剪形成全头部帽体。

6.如权利要求1所述的一种个体化镂空式脑保护帽制作方法，其特征在于，所述骨板上的通气孔直径大于所述全头部帽体上的通气孔直径。

7.如权利要求1所述的一种个体化镂空式脑保护帽制作方法，其特征在于，还包括按照所述保护帽的大小，制作所述保护帽的板套以包装封套所述保护帽。

8.如权利要求7所述的一种个体化镂空式脑保护帽制作方法，其特征在于，还包括有外置帽，所述外置帽罩设于所述板套外，所述外置帽与所述板套之间通过魔术贴实现固定。

9.如权利要求8所述的一种个体化镂空式脑保护帽制作方法，其特征在于，所述外置帽为医用弹力绷带帽、黑色发网、运动发带或弹力帽。

10.一种个体化镂空式脑保护帽制作装置，其特征在于，包括

头颅模型制作单元，将具有颅骨缺损的原始影像数据导入医学影像分析和可视化平台进行重建得到两头颅模型；

骨板制作单元，对其中一所述头颅模型进行处理得到双凸面骨板模型，对所述双凸面骨板模型进行剪裁以保留其上与所述颅骨缺损及其周围相对应的部分，再制作若干通气孔得到骨板；

帽体制作单元，对另一所述头颅模型进行处理得到全头部帽体，减去全头部帽体的颅骨缺损位置，再制作若干通气孔得到帽体；

保护帽制作单元，将所述骨板和所述帽体进行合并得到保护帽模型，根据所述保护帽模型制作保护帽。