语义医学图像用以3d打印解剖学结构的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本实施例涉及根据医学成像而三维(3D)打印解剖学结构。
[0002]3D打印主要通过加成过程来打印来自3D模型的三维对象，在所述加成过程中，接连的材料层在计算机控制下被敷设。虽然3D打印能够打印任何3D对象，但是打印3D解剖学结构对于患者、医师以及外科医生而言是显著有兴趣的。临床上，外科医生可以使用所打印的模型来用于对手术进行规划。准父母可能喜爱他们的胎儿的3D模型。
[0003]3D解剖学模型可以得自3D医学扫描，诸如使用计算的层析X射线摄影法、磁共振、或超声波的扫描。3D医学图像扫描被提供给服务，所述服务从3D扫描中提取解剖学模型。人员手动地从医学扫描中提取解剖学模型。所提取的模型通常以3D网格的格式而被保存。并不是每一个网格都可以通过3D打印机直接打印的。例如，直接打印3D球是困难的。支持基底(supporting base)应当与3D球相组合地设计和使用。对于其它结构(例如，棱锥)，网格需要取向适当以供3D打印(例如，棱锥取向成从底部到顶峰而被打印)。因此，人员手动地操纵3D网格以使得3D网格对于3D打印而言是适当的。3D打印然后用于打印解剖体(anatomy)ο当前的图像到3D打印是大部分耗时并且需要专家的手动过程，因此可能不被部署用于一般的使用。
【发明内容】
[0004]作为介绍，以下描述的优选实施例包括用于为根据医学扫描数据而三维打印进行准备的方法、系统、指令和计算机可读介质。创建患者特定的解剖体的为3D打印机准备就绪的模型的过程被自动化。代替于手动操纵来自成像的3D网格以创建为3D打印机准备就绪的模型，提供了自动化的操纵。分割也可以被自动化。在一种方法中，计算在解剖体的预确定的网格和患者特定的3D网格之间的变换。预确定的网格具有对应的为3D打印机准备就绪的模型。通过将变换应用于为3D打印机准备就绪的模型，为3D打印机准备就绪的模型被变更成变成特定于患者。
[0005]在第一方面中，提供了一种用于为根据医学扫描数据而三维打印进行准备的方法。从医学成像系统获取对患者的解剖学结构进行表示的扫描数据。创建患者的解剖学结构的表面的患者网格。处理器计算患者网格到模板网格的变换。处理器将变换应用于与模板网格相对应的三维打印模型，从而导致经变换的三维打印模型。经变换的三维打印模型被输出到三维打印机。
[0006]在第二方面中，非暂时性的计算机可读存储介质已经在其中存储了表示指令的数据，所述指令由经编程的处理器可执行以用于为根据医学扫描数据而三维打印进行准备。存储介质包括用于以下各项的指令:在解剖体的患者特定的表示和解剖体的预确定的表示之间进行扭曲(warp);并且基于所述扭曲而变更用于解剖体的预确定表示的三维打印构造。
[0007]在第三方面中，提供了一种用于为根据医学扫描数据而三维打印进行准备的系统。医学成像系统被配置成对患者进行扫描。处理器被配置成根据扫描而对患者的结构进行分割并且根据经分割的结构而创建用于三维打印的模型。所述分割和创建在免于分割和创建期间的用户输入的情况下发生。
[0008]本发明由随后的权利要求限定，并且本章节中没有什么应当被理解为对那些权利要求的限制。本发明的另外的方面和优点在以下结合优选实施例而进行讨论并且可以稍后独立地或组合地被要求保护。
【附图说明】
[0009]组件和各图不一定是按比例的，强调代替地被置于说明本发明的原理上。此外，在各图中，同样的参考标号指明贯穿不同视图的对应的部分。
[0010]图1是用于为根据医学扫描数据而三维打印进行准备的方法的一个实施例的流程图图解；
图2示出了在患者特定的网格和模板网格之间的变换的示例；
图3示出了以下的示例:将变换应用于为3D打印机准备就绪的模型从而导致特定于患者的为3D打印机准备就绪的模型；以及
图4是用于为根据医学扫描数据而三维打印进行准备的系统的一个实施例的框图。
【具体实施方式】
[0011]自动的图像到3D打印的过程自动地从3D医学扫描中提取语义结构的网格模型，所述语义结构诸如器官、骨骼、气道或脉管系统。自动准备3D网格以用于3D打印。自动化的工作流不仅使得能够实现效率，而且还带来标准化。
[0012]图1示出了用于为根据医学扫描数据而三维打印进行准备的方法。所述方法由图4的系统来执行，所述系统为处理器、医学成像系统、不同的系统或其组合。医学成像扫描仪或对由医学成像扫描仪所最初获取的数据进行存储的存储器执行动作30。处理器实现软件以执行动作32-38以及42。处理器是医学成像扫描仪的部分或与医学成像扫描仪分离(例如，隔开(sever)，工作站或个人计算机)。3D打印机执行动作40。
[0013]对于工作流或方法的输入是扫描数据或得自扫描数据的点集(例如，经分割的网格)。感兴趣的解剖体可以被指示，诸如从列表中选择解剖体。例如，用户选择应用(例如肝脏)，这使得加载模板、分类器，或用于肝脏的图像到3D打印的其它软件。可替换地，处理器标识感兴趣的器官，诸如通过在医学记录中定位患者的诊断。所标识的器官用于加载对应的模板和/或分割。
[0014]所述方法以所示的次序或不同的次序来执行。动作42在动作32之后或在动作38之前执行，诸如被执行为动作32的部分或在动作34之前，或者在动作36之前、作为动作36的部分或在动作36之后执行。
[0015]可以提供附加的、不同的或较少的动作。例如，不执行动作30、32、40和/或42。作为另一示例，提供了用于将经变换的3D打印模型转换成用于特定3D打印机的格式的动作。所述方法是自动化的图像到3D打印的一个示例，但是可以提供具有不同步骤的其它方法，诸如直接将用于特定解剖体的3D打印模型变换至患者的扫描数据。
[0016]在动作30中，获取扫描数据。通过用医学成像系统、在三维中扫描患者(例如容积扫描)而获取扫描数据。可以使用任何扫描。例如，X射线被计算的层析X射线摄影法(CT)系统用于扫描患者。在另一示例中，磁共振被磁共振(MR)成像仪使用或者超声波被超声波扫描仪使用。可以使用正电子发射、单光子发射式计算的层析X射线摄影法或其它扫描和对应的成像系统。扫描数据是CT、MR、超声波或其它的扫描数据。可替换地，从存储器中获取扫描数据，诸如从图片归档和通信系统(PACS)加载扫描数据。之前用医学成像系统所获取的数据可以被加载为扫描数据。
[0017]扫描数据处于处理的任何阶段。例如，扫描数据是原始数据(例如，如来自CT的原始数据的一系列帧、来自MR的k-空间数据的集合、或可以被重新构造到容积中的声学格网(grid)中的声学波束成形的数据)或如从对患者进行扫描中所检测的数据。作为另一示例，数据被处理，诸如被滤波或图像处理。扫描数据可以被处理成体元、点数据、或经分割的网格的集合。扫描数据可以是图像数据。图像数据可以指代实际显示的图像或指代用于生成显示的数据帧。
[0018]扫描数据被获取作为数据帧。可以使用与帧不同的其它分组。扫描数据的帧表示患者体内的区域(例如容积)。所述区域包括任何解剖学结构，诸如器官、组织、骨骼或脉管系统。可以表示其它非解剖学结构，诸如植入物或导管。所述区域可以包括一个或多个解剖学结构的仅部分。通过扫描区域，获取表示解剖体的数据。可以表示任何解剖学结构。为了示例的目的，扫描区域是患者的下部躯干并且包括肝脏作为解剖学结构。
[0019]在动作34中，创建患者的解剖学结构的表面的患者网格。在扫描数据中标识感兴趣的解剖学结构。标识整个解剖学结构或解剖学结构的部分。例如，标识肝脏。用户可以在从扫描数据中生成的图像上输入