專利名稱：人工顱骨數(shù)字化成型方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種人工顱骨修復體的制備方法，屬于腦神經外科和整形、整容醫(yī)學 領域，一種人工顱骨數(shù)字化成型方法。
背景技術：
鈦合金網板強度高、無毒性，與人體有良好的生物相容性，廣泛地應用于顱骨修復 中。如何更好地制備鈦網顱骨修復體是目前正在探討的課題。中國專利200810060908. 6介紹了一種鈦網顱骨修復體的制備方法，將CT薄層掃 描圖片導入二維坐標區(qū)內，畫出顱腦中線、基線、參照線和作圖線，在每條作圖線與缺損區(qū) 的對稱區(qū)域中的完好顱骨的相交處確定需修復的顱骨的參照位點，并在顱骨缺損區(qū)生成相 應的修復體單元點，將單元點的相應的掃描圖片層次、作圖線編號及單元點到基線的垂直 距離加以記錄，將不同層的CT片逐張導入坐標區(qū)內進行上述操作，形成缺損區(qū)顱骨形態(tài)的 全部單元點數(shù)據，再用無模多點成形器依照上述單元點數(shù)據將鈦網壓制成鈦網顱骨修復 體。該方法操作者可以憑其經驗，對單元點的位置作適當?shù)倪x擇，使修復后的顱腦外形更符 合整容要求，但依賴手工操作的成份較多。

發(fā)明內容
本發(fā)明的人工顱骨數(shù)字化成型方法是對中國專利200810060908. 6提出的鈦網顱 骨修復體的制備方法的改進，可提高顱骨修復體數(shù)據的形成速度和精度，形成的數(shù)據能提 供給人工顱骨數(shù)字化自動塑形裝置進行加工成形。這種人工顱骨數(shù)字化成型方法為從CT斷層圖片(簡稱CT圖片)上獲取缺損區(qū) 顱骨修復體形態(tài)的各單元點數(shù)據，再用壓力成形裝置依照上述單元點數(shù)據將鈦網壓制成鈦 網顱骨修復體。其中缺損區(qū)顱骨修復體形態(tài)的各單元點數(shù)據的獲取過程為(1)選取中軸面分別在2 3張CT圖片上手工選取三個中軸點，由電腦自動在 三維圖上生成中軸面，繼續(xù)選取中軸點，電腦依據新選取的點對中軸面進行微調，直至滿意 之后確認；(2)選取加工切面分別在2 3張CT圖片上手工選取三個加工切面的點，由電 腦自動在三維圖上生成加工切面，要求加工切面能完全將缺損部分切除出來，繼續(xù)選加工 切面的點對加工切面進行微調，直至滿意之后確認；(3)生成顱骨的鏡像在CT圖片上，電腦以中軸面為對稱軸面，在顱骨缺損側自動 生成對側顱骨的鏡像；(4)手繪修復在CT斷層平面內，由電腦從CT斷層平面與加工切面的交線上垂直 發(fā)出按固定距離規(guī)則排列的單元線；人工選擇有顱骨缺損的CT斷層圖片，以顱骨的鏡像為 參照，用手繪方式將顱骨缺損區(qū)彌合，手繪的曲線由所經過的單元線上的點組成。設定修正 參數(shù)H值和D值，由電腦自動對手繪的曲線進行平滑處理。處理過程如下手繪形成的第一 點和最后一個點均自動移位至最近距離的顱骨表面(依灰階判斷)；其余諸點依次作為“被判斷點”，與每個“被判斷點，，相鄰的兩點稱為“基點”，兩個基點的連線稱為“判斷基線，，；H 值表示曲線上的“被判斷點”到“判斷基線”之間的最大允許距離，D值表示兩個“基點”所 屬單元線間的距離；當“被判斷點”到“判斷基線”的距離的值大于設定值H，該點將被移位 至“判斷基線”與該點所屬單元線的交點，反之則保持原位不動。諸點依次、輪替作為“基 點”和“被判斷點”按順序和逆序經過兩次調整，組成一條與顱骨缺損緣貼合、既平滑又能體 現(xiàn)手繪意圖的曲線。選擇不同斷層的CT圖片，對擬修復的缺損區(qū)逐一進行手繪彌合；未用 手繪修復的顱骨缺損區(qū)(即修復體的截面)，由電腦根據鄰近斷層手繪線條的特征，自動插 值組成其表面的曲線；所有曲線上的點構成了修復體曲面的“點陣”。(5)形成“顱骨-修復體”三維圖原顱骨數(shù)據與修復體表面諸點的數(shù)據合并生成 “顱骨-修復體”的三維圖像，顱骨與修復體使用不同色彩實現(xiàn)虛擬裝配；(6)優(yōu)化處理由電腦將組成修復體表面的諸點轉換成連續(xù)的曲面，并以加工切 面為基準將該曲面按預先設定的固定的單元間距生成縱、橫規(guī)則排列的新的點陣，再按照 第(4)步中的平滑處理算法，由電腦分別在橫向和縱向兩個方向將新的點陣進行平滑處 理，形成優(yōu)化后的修復體，優(yōu)化的結果在三維圖像上顯現(xiàn)；(7)生成加工數(shù)據電腦自動將優(yōu)化后的修復體表面數(shù)據轉化為以加工切面為基 準、按一定間距排列的單元點。各單元點的位置與高度作為顱骨修復體加工的數(shù)據供制模 時應用。這種人工顱骨數(shù)字化成型方法將人工修正與電腦自動生成圖像和數(shù)據相結合，提 高了顱骨修復體數(shù)據的形成的速度和精度，形成的數(shù)據能提供給人工顱骨數(shù)字化自動塑形 裝置進行加工成形。


圖1為這種人工顱骨數(shù)字化成型方法的流程圖；圖2為選取中軸面的示意圖；圖3為選取加工切面的示意圖；圖4為一張CT片的示意圖；圖5為手工修正及自動平滑處理的示意圖；圖6為優(yōu)化處理時生成的顱骨修復體單元點點陣示意圖。
具體實施例方式這種人工顱骨數(shù)字化成型方法是從CT斷層圖片上獲取缺損區(qū)顱骨修復體形態(tài)的 各單元點數(shù)據，再用壓力成形裝置依照上述單元點數(shù)據將鈦網壓制成鈦網顱骨修復體。其 具體操作過程如圖1所示(1)選取中軸面分別在2 3張CT圖片上手工選取三個中軸點(最好在一張CT 圖片上取兩點，另外一個張CT圖片上取一點)，如圖2所示，由電腦自動在三維圖上生成顱 骨1的中軸面3，繼續(xù)在其它CT圖片上選取中軸點，電腦依據新選取的點對中軸面進行微 調，直至滿意之后，點擊確認按鈕確認。(2)選取加工切面分別在2 3張CT圖片上手工選取三個加工切面的點，如圖 3所示，由電腦自動在三維圖上生成加工切面4，要求加工切面能完全將缺損部分2切除出來，亦即缺損部分2全部在加工切面4的一側，繼續(xù)選取加工切面的點對加工切面進行微 調，直至滿意之后確認。(3)生成顱骨的鏡像在CT圖片上，電腦以中軸面3為對稱軸面，在顱骨缺損側自 動生成對側顱骨的鏡像，作為繪制修復體曲面點陣的參照。圖4中的5即為電腦自動生成 的顱骨的鏡像，7為中軸線。(4)手繪修復如圖4所示，在CT斷層平面內，由電腦從CT斷層平面與加工切面 的交線8上垂直發(fā)出按固定距離規(guī)則排列的單元線9。人工選擇有顱骨缺損的CT斷層圖 片，以顱骨的鏡像5為參照，用手繪方式將顱骨缺損區(qū)彌合，如圖5所示，手繪的曲線由所經 過的單元線上的點組成。設定修正參數(shù)H值和D值，例如設定H = 2mm、D = 5mm，由電腦自 動對手繪的曲線上的各點加以判斷后進行平滑處理，處理過程如下手繪形成的第一點① 和最后一個點⑥均自動移位至最近距離的顱骨表面(依灰階判斷)；其余諸點②、③、④、⑤ 依次作為“被判斷點”，每個“被判斷點”(例如圖中的點②)前后的兩點作為“基點”(圖中 為點①和③)連接成為“判斷基線”。H值表示曲線上的“被判斷點”到“判斷基線”之間的 最大允許距離，D值表示連接形成“判斷基線”的兩個“基點”所屬單元線間的距離。當“被 判斷點”到“判斷基線”的距離h大于設定值H，該點將被移位至“判斷基線”與該點所屬單 元線的交點k處，反之則保持原位不動。諸點按順序和逆序經過兩次調整，組成一條與顱骨 缺損緣貼合，既平滑又能體現(xiàn)手繪意圖的曲線。H值越小、D值越大，曲線越趨于平直，手繪 意圖和失誤均被削減，反之，手繪意圖體現(xiàn)更明顯，失誤也不易糾正。選擇不同斷層的CT圖 片，對擬修復的缺損區(qū)逐一進行手繪彌合，例如對某病例的第6、8、18、32、35、38、45、51張 CT圖片進行修正；未用手繪修復的顱骨缺損區(qū)(即修復體的截面)，由電腦根據鄰近斷層手 繪線條的特征，自動插值組成其表面的曲線；所有曲線上的點構成了修復體曲面的“點陣”。 這些點所在單元線按設定的單元間距規(guī)則排列。(5)形成“顱骨-修復體”三維圖原顱骨數(shù)據與修復體表面諸點的數(shù)據合并生成 “顱骨-修復體”的三維圖像，顱骨與修復體使用不同色彩實現(xiàn)虛擬裝配；(6)優(yōu)化處理由電腦將組成修復體表面的諸點轉換成連續(xù)的曲面，并以加工切 面為基準將該曲面按預先設定的固定的單元間距生成縱、橫規(guī)則排列的新的點陣，此點陣 的結構如圖6所示。然后按照第(4)步中的平滑處理算法，由電腦分別在橫向和縱向兩個 方向將新的點陣進行平滑處理，形成優(yōu)化后的修復體，優(yōu)化的結果在三維圖像上顯現(xiàn)；上述 “固定的單元間距”是預先設定的一個固定值，例如設定為1mm。(7)生成加工數(shù)據電腦自動將優(yōu)化后的修復體表面數(shù)據轉化為以加工切面為基 準、按一定間距排列的單元點。各單元點的位置與高度作為顱骨修復體加工的數(shù)據供制模 時應用，例如，形成間距為ImmX Imm或2mmX 2mm的點陣數(shù)據。這種人工顱骨數(shù)字化成型方法將人工修正與電腦自動生成圖像和數(shù)據相結合，提 高了顱骨修復體數(shù)據的形成速度和精度，形成的數(shù)據能提供給人工顱骨數(shù)字化自動塑形裝 置進行加工成形。修正圖形、形成數(shù)據的電腦可以與數(shù)字化自動塑形裝置分置兩處，如電腦 設置于醫(yī)院，由醫(yī)生操作，數(shù)字化自動塑形裝置設置于企業(yè)和地區(qū)的加工中心，由技術人員 操作，進行遠程數(shù)據傳輸，可實現(xiàn)醫(yī)生與顱骨修復體加工的技術人員合作完成顱骨修復體 的制作，制成最令人滿意的顱骨修復體。
權利要求
1. 一種人工顱骨數(shù)字化成型方法，從CT斷層圖片上獲取缺損區(qū)顱骨修復體形態(tài)的各 單元點數(shù)據，再用壓力成形裝置依照上述單元點數(shù)據將鈦網壓制成鈦網顱骨修復體，其特 征是上述缺損區(qū)顱骨修復體形態(tài)的各單元點數(shù)據的獲取過程為(1)選取中軸面分別在2 3張CT圖片上手工選取三個中軸點，由電腦自動在三維 圖上生成中軸面，繼續(xù)選取中軸點，電腦依據新選取的點對中軸面進行微調，直至滿意之后 確認；(2)選取加工切面分別在2 3張CT圖片上手工選取三個加工切面的點，由電腦自 動在三維圖上生成加工切面，要求加工切面能完全將缺損部分切除出來，繼續(xù)選加工切面 的點對加工切面進行微調，直至滿意之后確認；(3)生成顱骨的鏡像在CT圖片上，電腦以中軸面為對稱軸面，在顱骨缺損側自動生成 對側顱骨的鏡像；(4)手繪修復在CT斷層平面內，由電腦從CT斷層平面與加工切面的交線上垂直發(fā) 出按固定距離規(guī)則排列的單元線；人工選擇有顱骨缺損的CT斷層圖片，以顱骨的鏡像為參 照，用手繪方式將顱骨缺損區(qū)彌合，手繪的曲線由所經過的單元線上的點組成；設定修正參 數(shù)H值和D值，由電腦自動對手繪的曲線進行平滑處理，處理過程如下手繪形成的第一點 和最后一個點均依灰階判斷自動移位至最近距離的顱骨表面，其余諸點依次作為“被判斷 點”，與每個“被判斷點”相鄰的兩點稱為“基點”，兩個“基點”的連線為“判斷基線” ；H值表 示曲線上的“被判斷點”到“判斷基線”之間的最大允許距離，D值表示曲線上連接形成“判 斷基線”的兩個基點所屬單元線間的距離，當“被判斷點”到“判斷基線”的距離大于設定值 H，該點將被移位至“判斷基線”與該點所屬單元線的交點，反之則保持原位不動；諸點按順 序和逆序經過兩次調整，組成一條與顱骨缺損緣貼合、既平滑又體現(xiàn)手繪意圖的曲線；選擇 不同斷層的CT圖片，對擬修復的缺損區(qū)逐一進行手繪彌合；未用手繪修復的顱骨缺損區(qū)由 電腦根據鄰近斷層手繪線條的特征，自動插值組成其表面的曲線；所有曲線上的點構成了 修復體曲面的“點陣”，這些點所在單元線按設定的單元間距規(guī)則排列；(5)形成“顱骨-修復體”三維圖原顱骨數(shù)據與修復體表面諸點的數(shù)據合并生成“顱 骨-修復體”的三維圖像，顱骨與修復體使用不同色彩實現(xiàn)虛擬裝配；(6)優(yōu)化處理由電腦將組成修復體表面的諸點轉換成連續(xù)的曲面，并以加工切面為 基準將該曲面按預先設定的固定的單元間距生成縱、橫規(guī)則排列的新的點陣，再按照第(4) 步中的平滑處理算法，由電腦分別在橫向和縱向兩個方向將新的點陣進行平滑處理，形成 優(yōu)化后的修復體，優(yōu)化的結果在三維圖像上顯現(xiàn)；(7)生成加工數(shù)據電腦自動將優(yōu)化后的修復體表面數(shù)據轉化為以加工切面為基準、 按一定間距排列的單元點，各單元點的位置與高度作為顱骨修復體加工的數(shù)據供制模時應 用。
全文摘要
一種人工顱骨數(shù)字化成型方法，從CT斷層圖片上獲取缺損區(qū)顱骨修復體形態(tài)的各單元點數(shù)據，再用壓力成型裝置依照上述單元點數(shù)據將鈦網壓制成鈦網顱骨修復體，顱骨修復體形態(tài)的各單元點數(shù)據的獲取過程為(1)選取中軸面；(2)選取加工切面；(3)生成顱骨的鏡像；(4)手繪修復；(5)形成“顱骨-修復體”三維圖；(6)優(yōu)化處理，使圖像表面平滑；(7)生成加工數(shù)據。這種方法將人工修正與電腦自動生成圖像和數(shù)據相結合，提高了顱骨修復體數(shù)據的形成速度和精度，形成的數(shù)據能提供給人工顱骨數(shù)字化自動塑形裝置進行加工成型。
文檔編號A61F2/28GK102096942SQ20101062197
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權日2010年12月28日
發(fā)明者馮軍, 劉鳳強, 姜建軍, 楊欣, 陳永驥, 魏國華 申請人:中國電子科技集團公司第三十六研究所, 嘉興市第一醫(yī)院