專利名稱：三維造型模具的制做方法以及醫(yī)療、醫(yī)學培訓、科研和教育用支持工具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種利用X射線CT或MRI等醫(yī)療用診斷裝置取得的醫(yī)學圖像的三維數(shù)字化數(shù)據(jù)，使用復數(shù)種原材料進行造型制成三維造型模具的技術。
背景技術：
在醫(yī)療領域中將患部或身體特定部位進行三維可視化，如在知情同意、決定治療方案，醫(yī)療教育、醫(yī)學研究等領域的需求在不斷增長。特別是利用三維造型模具實現(xiàn)的三維可視化時，不僅是視覺，將立體形狀用手進行實際接觸觀察，可以獲得更多計算機圖像無法傳達的信息。通常的X射線CT或MRI (磁共振成像)等醫(yī)療用診斷儀器的標準采用的是DICOM(數(shù)字影像和通信標準)、生成三維形狀數(shù)據(jù)，在此基礎上通過層疊式粉末成型機使用石膏基材料，實現(xiàn)高速、高精度的制作出醫(yī)療用三維造型模具是已公開的。但是，還存在著類似有內部結構的肝臟等復雜器官的柔軟度的模擬、或者無法向處理器官等醫(yī)生或護士提供器官等的觸感信息等問題。近年來，隨著醫(yī)療與工程學的融合 協(xié)作的飛速進步，已有提議有效利用先進的工程學計算方法的仿真程序。該仿真程序，將要進行手術對象的生物體部位用多邊形構建在計算機屏幕上，模擬類似肝臟等 器官的表面。另一方面，通過同時噴射多種樹脂，組合硬質樹脂和軟質樹脂,采用機械性質不同的樹脂制作出三維造型模具的三維打印機也已公開。使用該種三維打印機，不僅與該形狀結構相關的表面、其內部結構也可以再現(xiàn)出來。但是，可以再現(xiàn)出有著內部結構的肝臟等復雜器官的柔軟度、或骨頭硬度等裝置還很少。在已公開技術中、在網狀結構中支撐造型用模具材料的支撐材料上、將一層有著復數(shù)種的模具材料支撐固定在各自的造型位置上，在被固定的一層模具材料上放置下一層的支撐材料，然后在下一層的支撐材料上將下一層的有著復數(shù)種類的模具材料支撐固定在各自的造型位置上，依次重復進行模具材料的固定，各層進行疊加后將支撐材料溶解去除，制作出多色.多材料、不同部位其硬度也不同的結構復雜的立體物體的三維造型物體的制作方法已經存在。但是，在特許文獻I的方法中，要制作不同部位硬度不同的模具，需要準備符合該部位硬度或軟度的模具材料。專利文獻I再表2005/ 037529號公報

發(fā)明內容
發(fā)明所要解決的技術問題傳統(tǒng)的三維造型模具的目的，重點一直放在確認形狀上。產品設計師或產品設計人員所追求的是可以將流暢的線條或精致的部件進行再現(xiàn)的高精度造型模具?？墒?，僅靠外形對觸感或使用感進行想象是很困難的。需要不僅是形狀，該物體的觸感、質感等能與現(xiàn)實的物體接近的造型模具。鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是在于提供一種使用復數(shù)種機械性質不同的材料，利用可以制造三維造型模具的三維打印機，通過對材料進行組合，可以將醫(yī)生等專家所掌握的對器官等的觸感進行再現(xiàn)的三維造型模具的制作方法。解決問題的方法為了解決上述課題，本發(fā)明的三維造型模具制作方法是通過利用至少使用2種類型的原材料作為模具材料的三維打印機、制作三維造型模具的制作方法，至少包括以下的I) 6)步驟。I)診斷裝置取得的二維數(shù)據(jù)的亮度信息中提取出造型對象物體的生物體部位的三維形狀，生成生物體部位及其內部結構部位的三維形狀數(shù)據(jù)的形狀數(shù)據(jù)生成步驟2)功能對生物體部位及其內部結構部位的三維形狀數(shù)據(jù)進行編輯的形狀數(shù)據(jù)編輯步驟3)分別對生物體部位以及內部結構部位、創(chuàng)建指定原始形狀的至少包括內部結構模式、模式尺寸和模式間隔作為參數(shù)的觸感等效參數(shù)表的表創(chuàng)建步驟4)分別對生物體部位以及內部結構部位的造型所使用的模具材料的材料類別以及混合比率進行定義、追加在觸感等效參數(shù)表的材料類別定義步驟5)根據(jù)觸感等效參數(shù)表的參數(shù)生成原始形狀數(shù)據(jù)，將從數(shù)據(jù)編輯步驟取得的生物體部位及內部結構部位的部位數(shù)據(jù)與原始形狀數(shù)據(jù)進行并集、差集、交集中的任何一種布爾運算的布爾運算步驟6)根據(jù)布爾運算步驟取得的生物體部位以及內部結構部位的三維形狀數(shù)據(jù)，采用由材料類別定義步驟所定義的材料，使用三維打印機進行造型的造型步驟在此，醫(yī)療用診斷裝置指的是CT，MRI，PET (正電子發(fā)射計算機斷層掃描)等，采用醫(yī)療用數(shù)字化圖像格式和通訊協(xié)議標準的DICOM (數(shù)字影像和通信標準)、從二維數(shù)據(jù)的亮度信息中提取造型對象物體的生物體部位的三維形狀。在此，由于MRI圖像中軟組織的分辨率比CT圖像高，可以獲取更多組織的物理屬性。此外，PET主要是用于癌癥診斷等，在制作癌變器官的三維造型模具時，CT / MRI圖像一起使用。可以使用CT圖像或MRI圖像、PET圖像中的任意一種，或者是進行組合使用。可以將其中一種用與生物體部位的輪廓，另外一種作為內部結構部位的組織圖像使用。關于上述I)所述的形狀數(shù)據(jù)生成步驟指的是、根據(jù)從醫(yī)療用診斷裝置取得二維數(shù)據(jù)中的亮度信息提取出造型對象物體的生物體部位的三維形狀，生成生物體部位及其內部結構部位的三維形狀數(shù)據(jù)的形狀數(shù)據(jù)生成步驟。可以通過醫(yī)療用診斷裝置取得包括DICOM格式的亮度信息的斷層圖像的點云數(shù)據(jù)，將這些斷層圖像進行層疊提取出造型對象物體的生物體部位的三維形狀。然后，利用市場上銷售的三維圖像CAD軟件，分別生成生物體部位及其內部結構部位的三維形狀數(shù)據(jù)。在使用三維圖像CAD軟件分別生成生物體部位及其內部結構部位的三維形狀數(shù)據(jù)時，進行調整曲面方向、或刪除多余的外殼、或增補縫隙、或細化補丁、平滑輪廓形狀等處理,例如用STL(Standard Triangulated Language)數(shù)據(jù)形式進行數(shù)據(jù)保存。接下來，關于上述2)所述的數(shù)據(jù)編輯步驟指的是、通過造型功能對上述I)步驟中取得的三維形狀數(shù)據(jù)進行編輯。在此，造型功能指的是市場上銷售的三維圖像CAD軟件所具備的功能，包括創(chuàng)建截面形狀(包括一部分截面)、或創(chuàng)建平面、曲面、原始形狀、或形狀切割、添加文字.符號、或添加標記符號等功能。在所述形狀數(shù)據(jù)編輯步驟中，作為優(yōu)先，至少具備標準文字.符號的添加處理、標記符號的添加處理、尺寸符合的添加處理、條形碼的追加處理等功能。本發(fā)明的三維造型模具，目的是在醫(yī)療領域中將患部或身體的特定部位進行三維可視化，設想使用在知情同意、決定治療方案、醫(yī)療教育、醫(yī)學研究等場合。將文字.符號添加在三維形狀數(shù)據(jù)上，比如將患者等的個人信息或拍攝日期等可以作為文字信息附加在三維造型模具上。此外，可將標記符號添加在三維形狀數(shù)據(jù)上，比如在知情同意、決定治療方案時可以將有用的信息附加在三維造型模具上。此外，可將條形碼添加在三維形狀數(shù)據(jù)上，比如可將患者的信息附加在三維造型模具上。接下來，關于上述3)所述的表創(chuàng)建步驟指的是、對各個生物體部位及內部結構部位分別創(chuàng)建觸感等效參數(shù)表的步驟。在此，觸感等效參數(shù)表指的是對生物體部位及其內部結構部位的觸感進行再現(xiàn)時所需的信息數(shù)據(jù)。具體講是，在觸感等效參數(shù)表中，指定原始形狀的包括內部結構模式定義和、該模式的尺寸定義和、該模式的間隔定義。在此，生物體部位指的是包括人類或動物、植物等生物體組織。例如，以人類為例，肝臟或心臟等器官可列入生物體部位。其他，狗或貓的寵物等的器官或植物的果實也可列入。此外，內部結構部位指的是生物體組織的內部的結構部位，例如骨頭或脂肪或血管等。此外，指定原始形狀的內部結構模式定義是將圓柱體或長方體等原始形狀的識別號作為內部結構進行定義。在此，原始形狀包括圓柱體、橢圓形、矩形、長方體、棱柱、球體、楔形體、棱錐、圓錐等與幾何學相關的基本形狀和、將基本形狀進行組合的組合形狀或獨特形狀等應用形狀。此外，模式尺寸定義指的是原始形狀物體的大小，例如，如果是球體的話就以半徑來定義，長方體的話就用高、寬、厚度來定義。此外，模式間隔定義指的是各個原始形狀物體的配置間隔，例如相鄰原始形狀物體就以重心間的距離或側面間的距離來定義。接下來，關于上述4)所述的材料類別定義步驟指的是、分別對用于生物體部位及內部結構部位造型用的模具材料的材料類型和混合比例進行定義并追加在觸感等效參數(shù)的步驟。在此，所謂原材料，例如樹脂是最適用的。樹脂可以選擇硬質或軟質樹脂等。但是，并不限定于樹脂，石膏粉末、塑料粉末、金屬粉末、蠟也是可以的。例如，假設以樹脂作為原材料使用時，會受到三維造型所使用的三維打印機的限制，有可能無法自由選用所需樹脂。因此，對材料的混合比例進行定義、實現(xiàn)樹脂的混合。此外，模具材料指的是形成三維造型模具形狀的造型用材料。此外，支撐材料指的是模具材料在造型時需要的支撐材料。模具材料有半透明、著色、柔韌性、剛度等多種材料。另一方面，所使用的支撐材料在材料硬化后可以簡單去除。要從造型物體上去除支撐材料時可使用超聲波清洗機或裂解液等。模具材料或支撐材料，比如丙烯酸樹脂是比較適用。要對周圍被其他結構包圍住的內部結構進行造型時，使用支撐材料作為上述原材料進行造型也是可行的。此外，對混合比率進行定義指的是，例如使用可以同時噴射2種樹脂的模具材料的三維打印機時，對樹脂的混合比例進行控制，可獲得理想的硬度或柔軟度。
此外，關于模具材料，作為優(yōu)選，至少有I種是由透光性材料構成。通過透光性材料可觀察到透明的內部結構、實現(xiàn)提高空間意識。作為比較容易把握內部結構的材料，對知情同意、決定治療方案、醫(yī)療教育，醫(yī)學研究等場合時提供幫助，本發(fā)明的模具材料至少有I種是由透光性材料構成。接下來，關于上述5)所述的布爾運算步驟指的是、通過觸感等效參數(shù)表的參數(shù)生成的原始形狀數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)編輯步驟中取得的生物體部位及其內部結構部位的部位數(shù)據(jù)、與原始形狀數(shù)據(jù)中進行并集，差集，交集中任意一種的布爾運算步驟。在此，布爾運算指的是在三維計算機圖形或CAD中，對具有相同體積的物體執(zhí)行并集、差集、交集運算進行造型的運算方法。此外，并集是和其他形狀成為一體的運算方法，差集是削減其他形狀的運算方法，交集是留下與其他形狀的重疊部分的運算方法。本發(fā)明的特征是，為了讓造型模具使用的材料的硬度接近實物觸感，對感觸等效參數(shù)表進行定義、通過執(zhí)行相應的布爾運算，對接近實物觸感的材料進行定義。接下來，關于上述6)所述的造型步驟指的是、根據(jù)布爾運算步驟取得的生物體部位以及內部結構部位的三維形狀數(shù)據(jù)、采用材料類別定義步驟所定義的材料通過三維打印機進行造型的步驟。三維打印機是對三維物體進行造型的打印機，有使用光固化的丙烯酸類樹脂的紫外線固化型噴墨方式、還有使用ABS樹脂的熱熔化層壓方式、還有使用粉末的固定方式，并不限定上述方式的打印機，只要是可以使用復數(shù)種材料進行三維造型的打印機都是可以的。此外，模具材料所使用的原材料，作為優(yōu)選，最好是選擇可以控制顏色、透明度、高軟質、X線透視透明度、超聲波的靈敏度、閃光的靈敏度、熱絲的靈明度、導電性能等參數(shù)的材料。此外，在所述三 維造型模具的制作方法中所涉及的形狀數(shù)據(jù)生成步驟中，將內部結構部位的三維形狀尺寸縮小至小于生物體部位的內部結構部位的體積，這樣能從生物體部位中只抽取出內部結構。將內部結構部位的三維形狀尺寸縮小后所產生的縫隙部分在進行造型時填充支撐材料，等固化后去除。例如，將生物體部位分割成2部分、可以從2部分的斷面部分只抽取出內部結構。這樣可以只對內部結構進行更詳細的確認。在所述本發(fā)明的三維造型模具的制作方法中，若要對生物體部位以及內部結構部位中的任意一個部位賦予軟質感觸時，在布爾運算步驟中，將所定義的第I軟質材料的部位數(shù)據(jù)與所定義的第2軟質材料的原始形狀數(shù)據(jù)進行并集運算。將所定義的第I軟質材料的部位數(shù)據(jù)與所定義的第2軟質材料的原始形狀數(shù)據(jù)進行并集運算指的是、比如在像支撐材料的柔軟材料里添加類似橡膠的柔軟材料。所需的柔軟度或切割.切開感使用混合了橡膠的模具材料制成的原始形狀、再現(xiàn)接近實際柔軟度的觸感。如上所述，原始形狀的種類包括圓柱體、橢圓形、矩形、長方體、棱柱、球體、楔形體、棱錐、圓錐等與幾何學相關的基本形狀和、將基本形狀進行組合的組合形狀或獨特形狀等應用形狀，有多種多樣。通過調整所述原始形狀的種類或大小、混合個數(shù) 量、混合方法、獲得所需柔軟度的觸感。
這些主要用于再現(xiàn)脂肪、肌肉、血管等柔軟組織的感覺。在所述本發(fā)明的三維造型模具的制作方法中，若要對生物體部位及其內部結構部位中的任意一個部位賦予軟質感觸時，在布爾運算步驟中，將所定義的第I軟質材料的部位數(shù)據(jù)與、材料未定義的原始形狀數(shù)據(jù)進行差集運算。在與材料未定義的原始形狀數(shù)據(jù)進行差集運算時，原始形狀數(shù)據(jù)會自動定義支撐材料。如果原始形狀的部位是密封的內部結構，就無需清洗去除支撐材料。因此，將支撐材料的柔軟特性附加在整體形狀內部的特性。另一方面，如果原始形狀的部位不是密封的內部結構，例如，如果是格子狀部位里面有縫隙的結構時，需要進行洗凈去除支撐材料，原始形狀的部位為空。例如，在類似橡膠的柔軟的模具材料所形成的部位中去除原始形狀。從所需的柔軟度或切割 切開感使用混合了橡膠的模具材料制成的部位去除原始形狀，實現(xiàn)再現(xiàn)接近實際柔軟度的觸感。通過調整所述原始形狀的種類或大小、混合個數(shù).量、混合方法、獲得所需柔軟度的觸感。這些主要用于再現(xiàn)脂肪、肌肉、血管等柔軟組織的感覺。在所述本發(fā)明的三維造型模具的制作方法中，若要對生物體部位以及內部結構部位中的任意一個部位賦予軟質感觸時，在布爾運算步驟中，將所定義的第I硬質材料的部位數(shù)據(jù)與所定義的第2硬質材料的原始形狀部位數(shù)據(jù)進行并集運算。將所定義的第I硬質材料的部位數(shù)據(jù)與所定義的第2硬質材料的原始形狀部位數(shù)據(jù)進行并集運算指的是往硬的造型材料中加入更硬的造型材料。將實際所需硬度通過混合硬質造型材料制成的原始形狀、可再現(xiàn)與實際硬度等效的觸感。通過調整原始形狀的種類或大小、混合個數(shù).量、混合方法，達到所需的軟硬感覺。這些主要用于再現(xiàn)骨頭等硬組織的感覺，或是對再現(xiàn)切割.切開感時有用。在所述本發(fā)明的三維造型模具的制作方法中，若要在對生物體部位以及內部結構部位中的任意一個部位賦予軟質感觸時，在布爾運算步驟中，將所定義的第I硬質材料的部位數(shù)據(jù)與材料未定義的原始形狀部位數(shù)據(jù)進行差集運算。將所定義的第I硬質材料的部位數(shù)據(jù)與材料未定義的原始形狀部位數(shù)據(jù)進行差集運算指的是將硬質材料制成的形狀部位里面的內存物以精致的原始形狀拉出?？稍佻F(xiàn)接近實際切割.切開感的等效的觸感。通過調整原始形狀的種類或大小、拉出個數(shù).量、拉出方法，達到所需的軟硬感覺。這些主要用于再現(xiàn)骨頭等硬組織的感覺，或是對再現(xiàn)切割.切開感時有用。接下來，就對制作三維造型模具時特別有用的生物體部位、內部結構的定義進行說明。在所述本發(fā)明的三維造型模具制作方法中涉及的表創(chuàng)建步驟中，當生物體部位是肝臟時，從肝實質、肝靜脈、門脈、膽管、病變部位中選擇I個以上的部位作為所述內部結構部位，并對所選部位進行內部結構模式定義、模式尺寸定義、模式間隔定義。當生物體部位是肝臟時，作為優(yōu)選，至少對肝動脈、肝靜脈、門靜脈、還有病變部位進行定義。如果對肝實質、膽管也進行定義的話會更理想。

此外，在上述本發(fā)明的3維造型模具制作方法中涉及的表創(chuàng)建步驟中，當生物體部位是孕婦腹部時，從子宮、胎兒、擠帶、胎盤、羊水、血管、皮下脂肪中選擇I個以上的部位作為內部結構部位，并對所選部位進行所述內部結構模式定義、模式尺寸定義、模式間隔定義。
通過再現(xiàn)懷孕期間的胎兒的觸感的造型，可作為出生前診斷或剖腹產時的安全確認或、在出生時臍帶是否纏住胎兒的脖子時進行判斷、出生過程的確認等。此外，所制做的三維造型模具可作為分娩后的紀念制成造型紀念冊。此外，在所述本發(fā)明的三維造型模具制作方法中涉及的表創(chuàng)建步驟中，當生物體部位是乳房部位時，從皮下脂肪、乳腺、乳管、淋巴管、淋巴結、乳房腫瘤中選擇I個以上的部位作為內部結構，并對所選部位進行所述內部結構模式定義、模式尺寸定義、模式間隔定義。作為優(yōu)選，除了對皮下脂肪、乳腺、乳房腫瘤進行定義，也對淋巴管進行定義會更理想。通過再現(xiàn)乳房腫瘤部位的硬度，可作為醫(yī)學教育的一個環(huán)節(jié)，對乳房腫瘤的檢查的培訓或實際對患者進行病情說明時使用。此外，在上述本發(fā)明的3維造型模具制作方法中涉及的表創(chuàng)建步驟中，當所述生物體部位是四肢部位時，從構成四肢關節(jié)的皮膚、皮下脂肪、動脈、靜脈、肌肉、骨、腱中選擇I個以上的部位作為所述內部結構，并對所選部位進行所述內部結構模式定義、模式尺寸定義、模式間隔定義。通過再現(xiàn)皮膚、內部的皮下脂肪或血管的柔軟度的觸感，可作為醫(yī)生或護士等在注射、抽血的培訓時使用。此外，所制做的三維造型模具可作為義肢或義足使用。此外，在所述本發(fā)明的三維造型模具制作方法中涉及的表創(chuàng)建步驟中，當生物體部位是喉嚨部位時,從食道、氣管、軟骨中選擇I個以上的部位作為內部結構部位,并對所選部位進行所述內部結構模式定義、模式尺寸定義、模式間隔定義。通過再現(xiàn)食道、氣管的形狀和觸感，可作為醫(yī)生或護士等對肺炎患者進行插入吸氣管的培訓時使用。此外，在上述本發(fā)明的三維造型模具制作方法中涉及的表創(chuàng)建步驟中，當生物體部位是臉部時，從皮膚、皮下脂肪、肌肉、軟骨、骨、血管中選擇I個以上的部位作為內部結構部位，并對所選部位進行所述內部結構模式定義、模式尺寸定義、模式間隔定義。可作為對臉部的美容整形外科手術前的確認。此外，在所述本發(fā)明的三維造型模具制作方法中涉及的表創(chuàng)建步驟中，當生物體部位是牙齒和牙齦部位時，從牙齒、齒肉、齒槽骨、血管、神經、顴骨肌肉、舌中選擇I個以上的部位作為內部結構部位，并對所選部位進行所述內部結構模式定義、模式尺寸定義、模式間隔定義。在所述本發(fā)明的三維造型模具制作方法中涉及的表創(chuàng)建步驟中，當生物體部位是消化管部位時，從消化管內壁或消化管外壁中選擇I個以上的部位作為內部結構部位，并對所選部位進行所述內部結構模式定義、模式尺寸定義、模式間隔定義。此外，在上述本發(fā)明的3維造型模具制作方法中涉及的表創(chuàng)建步驟中，當生物體部位是頭部時，從毛發(fā)、眼球、腦、腦血管、皮膚、皮下脂肪、肌肉、耳軟骨、鼻軟骨、頭蓋骨中選擇I個以上的部位作為內部結構部位，并對所選部位進行所述內部結構模式定義、模式尺寸定義、模式間隔定義?？勺鳛閷δ槻康拿廊菡瓮饪剖中g前的確認。此外，從本發(fā)明的其他觀點來看，也提供一種將根據(jù)所述三維造型模具的制作方法制成的三維造型模具按照所定厚度進行切片后的切片模具、或是將切片后的切片模具進行層疊還原到原來的形狀、并通過軸自由的來回繞軸轉動的醫(yī)療、醫(yī)學培訓、科研和教育用支持工具。將制成的三維造型模具切片后的各個部位進行層疊，可以同時掌握整體形狀和斷面結構，作為診斷或醫(yī)療培訓支持工具是有用的。此外，從本發(fā)明的其他觀點來看，提供一種從醫(yī)療診斷裝置取得的二維數(shù)據(jù)的亮度信息中抽取出造型對象物體的生物體部位的三維形狀、生成生物體部位及其內部結構部位的三維形狀數(shù)據(jù)的形狀數(shù)據(jù)生成步驟和、對通過造型功能取得的三維形狀數(shù)據(jù)進行編輯的形狀數(shù)據(jù)編輯步驟和、對各個生物體部位及其內部結構部位造型使用的模型材料的材料類別和混合比例進行定義并追加在觸感等效參數(shù)表的材料類別定義步驟和、使用材料類別定義步驟所定義的材料通過三維打印機進行造型的造型步驟，利用一種至少使用2種類型的原材料作為模具材料的三維打印機的三維造型模具的制作方法，將根據(jù)該方法制得的三維造型模具按照一定厚度切片后的切片模具層疊成原來的三維形狀、并通過軸自由的來回繞軸轉動的醫(yī)療、醫(yī)學培訓、科研和教育用支持工具。將制成的三維造型模具切片后的各個部位進行層疊、可以同時掌握整體形狀和斷面結構，作為診斷或醫(yī)療培訓支持工具是有用的。接下來，就本發(fā)明的三維造型模具的制作程序進行說明。本發(fā)明的三維造型模具制作程序是通過一種至少使用2種類型的原材料作為模具材料的三維打印機制作三維造型模具的制作程序、通過計算機運行以下a) e)的程序。a)根據(jù)從醫(yī)療用診斷裝置取得二維數(shù)據(jù)中的亮度信息提取出造型對象物體的生物體部位的三維形狀,生成生物體部位及其內部結構部位的三維形狀數(shù)據(jù)的形狀數(shù)據(jù)生成程序b)對通過造型功能對生物體部位及其內部結構部位的三維形狀數(shù)據(jù)進行編輯的形狀數(shù)據(jù)編輯程序c)分別對生物體部位及其內部結構部位創(chuàng)建指定原始形狀的至少包括內部結構模式、模式尺寸和模式間隔作為參數(shù)的觸感等效參數(shù)表的表創(chuàng)建程序d)提示輸入各個生物體部位以及內部結構部位造型所使用的模具材料的材料類別及混合比例進行定義，追加定義在觸感等效參數(shù)表的材料類別定義程序e)根據(jù)觸感等效參數(shù)表的參數(shù)生成原始形狀數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)編輯步驟取得的生物體部位以及內部結構部位的部位數(shù)據(jù)與原始形狀數(shù)據(jù)進行并集、差集、交集中的任意一種布爾運算的布爾運算程序通過計算機運行上述的a) e)程序，可以有效利用從醫(yī)療診斷裝置取得的圖像數(shù)據(jù)生成觸感接近的造型模具的造型數(shù)據(jù)。通過上述的e)的布爾運算程序取得的生物體部位及其內部結構部位的三維形狀數(shù)據(jù)和、將上述d)的材料類別定義程序所定義的材料數(shù)據(jù)發(fā)送到三維打印機，通過三維打印機制成接近觸感的三維造型模具。
發(fā)明效果發(fā)明通過至少使用2種類型的原材料作為模具材料的三維打印機、可制作出與醫(yī)生等專家所掌握的對器官等的觸感等效的造型模具。由此，比如在診斷時，肝臟器官的三維造型模具對病理進行三維的評價，可有效的用于診斷 決定治療方案以及治療效果的判定。特別是對手術前決定切除部位或決定手術方案都是有幫助的。此外，可以有效用在以手術為主的診斷治療技術的實踐。還有在器官移植手術中，作為替代器官應用在有容量依賴型的技術中。也可用于對患者或患者家屬進行說明。此外，在實際的外科手術現(xiàn)場，要進行手術的部位因為血液或其他器官的影響造成視野受阻，在很多情況下需要依靠觸感和經驗。在這種情況下，事先準備好再現(xiàn)了患者的部位及其形狀和觸感的三維造型模具，醫(yī)生通過目視確認造型模具，在確認完治療部位的形狀及其觸感后，實際可放心的對患者實施治療手術。并且，在醫(yī)學教育方面，實際接觸根據(jù)本發(fā)明制作的三維造型模具，可以理解器官的立體結構或其觸感，特別是可以模擬體驗觸感。


圖1本發(fā)明所述的三維造型模具的制作方法的流程圖。圖2實施例1所述的三維造型模具的制作裝置的結構圖。圖3實施例1所述的三維造型模具的制作方法的流程圖。圖4實施例1所述的三維造型模具制作裝置中所搭載的程序的說明圖。圖5一個三維造型模具的例子。圖6肝臟的三維造型模具的觸感等效參數(shù)表的說明圖。圖7骨頭的三維造型模具的觸感等效參數(shù)表的說明圖。圖8一個骨頭的三維造型模具的例子。圖9一個肌肉的三維造型模具的例子。圖10醫(yī)療、醫(yī)學培訓、科研和教育用支持工具的外觀圖。圖11肝臟模型的外觀圖。圖12孕婦腹部模具的外觀圖。圖13臉部模具以及上半身的外觀圖(I)。圖14臉部模具以及上半身的外觀圖(2)。圖15骨頭模具的說明圖。
具體實施例方式以下，就本發(fā)明的實施形態(tài)一邊參照圖面進行詳細說明。此外，本發(fā)明的范圍，不限定于以下的實施例或圖示例，可以有其他的變更。圖1示意的是本發(fā)明所述的三維造型模具的制作方法的流程圖。如圖1所示的，本發(fā)明所述的三維造型模具的制作方法實施以下的步驟I 步驟6中的SI S8。在此，S2 S3是為了實現(xiàn)三維形狀可視化所進行的設定，S4 S7是為了達到觸感等效而進行的設定。<步驟1:形狀數(shù)據(jù)生成步驟11 >(SI)從醫(yī)療用診斷裝置取得的二維數(shù)據(jù)的亮度信息中提取出造型對象物體的三維形狀。
從CT或MRI裝置中提取出包括DICOM格式的亮度信息的斷層圖像的點云數(shù)據(jù)(像素點云數(shù)據(jù))，將這些斷層圖像進行層積提取造型對象物體的生物體部位的三維形狀。(S2)生成生物體部位及其內部結構部位的三維形狀數(shù)據(jù)。利用市場上銷售的三維圖像CAD軟件，對生物體部位及其內部結構部位的三維形狀數(shù)據(jù)進行調整曲面方向、刪除多余外殼、增補縫隙、細化補丁、平滑輪廓形狀等處理、生成STL數(shù)據(jù)形式的數(shù)據(jù)。<步驟2:形狀數(shù)據(jù)進行編輯步驟12 >(S3)通過造型功能對三維形狀數(shù)據(jù)進行編輯。利用市場上銷售的三維圖像CAD軟件，通過添加文字 符號，可將患者等的個人信息或拍攝日期等以文字信息添加在三維形狀數(shù)據(jù)里。通過添加標記符號，可將決定的治療方案等有用的信息添加在三維形狀數(shù)據(jù)里。通過添加定標尺，實際進行手術時將有用的信息添加在三維形狀數(shù)據(jù)里。通過添加條形碼，可將患者信息添加在三維形狀數(shù)據(jù)里。<步驟3:表創(chuàng)建步驟13 >(S4)對各個生物體部位及內部結構創(chuàng)建觸覺等效參數(shù)表。利用市場上銷售的三維圖像CAD軟件，生成觸感等效參數(shù)表。觸感等效參數(shù)表對指定原始形狀進行內部結構模式定義和、模式尺寸定義和、模式間隔定義。事先準備一定的模式，用戶可根據(jù)模式號碼等進行選擇。<步驟4:材料類別定義步驟14 >(S5)對各個生物體部位及其內部結構部位造型使用的模具材料進行材料類別及混合比例的定義。 此外，原材料采用樹脂作為模具材料使用時，可以在能控制顏色、透明度、高軟質、X線透視透明度、超聲波的靈敏度、閃光的靈敏度、熱絲的靈明度、導電性能等參數(shù)的各種樹脂中進行選擇。此外，支撐材料也可作為造型用的模具材料使用?？赏瑫r噴射2種類型樹脂的模具材料時，在選擇2種模具材料使用的樹脂的同時，也對混合比例(例如，樹脂A:樹脂B = 1:3)進行定義。<步驟5:布爾運算步驟15 >(S6)根據(jù)觸感等效參數(shù)表中的參數(shù)生成原始形狀數(shù)據(jù)。根據(jù)觸感等效參數(shù)表的數(shù)據(jù)決定原始形狀。原始形狀有使用模具材料制成的和、不用模具材料制成而是用支撐材料制成的、也有將支撐材料去除后從模具形狀中取出原始形狀。(S7)將生物體部位.內部結構部位的部位數(shù)據(jù)與原始形狀數(shù)據(jù)進行布爾運算。對使用模具材料或支撐材料制成的部位數(shù)據(jù)，增加或去除原始形狀。<步驟6:造型步驟16 >(S8)使用所定義的材料通過三維打印機進行造型。有效利用市場上銷售的三維打印機制作三維造型模具。例如，所使用的三維打印機，可使用OBJET社制造的三維打印機。通過所需三維造型模具的內部結構的各個三維形狀數(shù)據(jù)和所定義的材料使用三維打印機進行造型。實施例1圖2示意的是關于實施例1所涉及的三維造型模具的制作裝置的結構圖。如圖2所示的，三維造型模具的制作裝置指的是具備中央處理器1、存儲部3、顯示部6、輸入部5、硬盤驅動器7的一般的計算機。更具體說就是，輸入部5是鍵盤和鼠標、顯示部6是液晶顯示屏。存儲部3是記憶存儲數(shù)據(jù)、具備三維形狀數(shù)據(jù)等CAD數(shù)據(jù)存儲部31和、布爾運算所需的原始形狀數(shù)據(jù)存儲部32和、觸感等效參數(shù)存儲部333。三維形狀模具設計部2指的是程序，從硬盤驅動器7讀取到存儲部3由計算機運行。在三維形狀模具設計部2中，通過顯示部6提示用戶輸入樹脂類別的樹脂種類輸入部21和、提示輸入作為觸感等效參數(shù)的主要構成要素的內部結構參數(shù)輸入部22和、進行布爾運算的布爾運算部23。圖3示意的是實施例1所涉及的關于三維造型模具的制作方法的流程圖。如圖3所示的，三維造型模具的制作方法的流程由可視部分的設定(S12 S14)和觸感類似部分的設定(S21 S23)的2部分構成，這2個部分同時進行設定。首先，從CT / MRI裝置的輸出數(shù)據(jù)(DIC0M數(shù)據(jù))的亮度信息中提取出造型對象物體的生物體部位的三維形狀進行數(shù)據(jù)化(Sll)。接著，關于可視化部分的設定，對各個人體部位及其內部器官生成STL數(shù)據(jù)(S12)。修改STL數(shù)據(jù)(S13)。通過造型功能對STL數(shù)據(jù)進行編輯(S14)。在圖3所示的流程中，S13和S14都有實施。另外，省略S13只實施S14也是可以的。此外，關于觸感類似部分的設定，將各個生物體部位及內部結構部位的內部構造，包括內部結構模式、模式尺寸、模式間隔定義在觸感等效參數(shù)表(S21)。將各個生物體部位及其內部結構部位造型使用的樹脂類別和混合比例定義在觸覺等效參數(shù)表(S22 )。完成可視化部分的設定和感觸類似部分的設定后，進行布爾運算(S23)。將布爾運算后的三維形狀數(shù)據(jù)發(fā)送到三維打印機開始進行三維造型模具的造型(S15)。此外，圖4示意的是實施例1所涉及的三維造型模具制作裝置所搭載的程序的說明圖。從CT或MRI裝置(CT / MRI裝置41)導入DICOM數(shù)據(jù)42。根據(jù)形狀數(shù)據(jù)生成程序(S41)以STL數(shù)據(jù)文件格式保存在計算機內部的硬盤驅動器。使用市場上銷售的三維形狀軟件讀入STL數(shù)據(jù)，通過造型功能對形狀數(shù)據(jù)進行編輯(形狀數(shù)據(jù)編輯步驟:S42)。此外，在完成上述操作后，或者是同時進行上述操作，在計算機終端使用市場上銷售的制表軟件45，創(chuàng)建觸感等效表(表創(chuàng)建程序:S43)。此外，輸入樹脂類別或混合比例表。樹脂類別定義程序:S44)。根據(jù)S43和S44，創(chuàng)建觸感等價參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(D / B)。然后，根據(jù)布爾運算步驟制得所需的三維造型模具。圖5示意的是一個三維造型模具的例子。圖5(1)是將肝臟的三維造型模具的一部分進行擴大后的圖像。上面標有關于患者信息的標準文字 符號51。此外，圖5(2)中，在三維造型模具內部中嵌入定標尺5的樣子。除了類似定標尺等的寸法標記以外，也可嵌入條形碼。圖6示意的是關于肝臟的三維造型模具的觸感等效參數(shù)表的說明圖。圖6(1)將I個正常肝臟三維造型模具時所需的內部結構參數(shù)的例子通過表進行說明的。此外圖6(2)將I個肝臟的 截面圖的三維造型模具所需的內部結構參數(shù)的例子通過表進行說明。圖6(3)將I個肝癌的三維造型模具所需的內部結構參數(shù)的例子通過表進行說明。根據(jù)圖6(1)的表中數(shù)據(jù)所示，由肝實質、肝靜脈和門靜脈作為肝臟內部結構，使用樹脂A和樹脂B的2種材料制造三維造型模具。肝實質、肝靜脈和門靜脈使用樹脂A或樹脂B中的任意一種，或者是樹脂A和樹脂B混合的樹脂進行造型。具體是，肝實質用樹脂A (樹脂A和樹脂B以I對O混合)進行造型，肝靜脈用樹脂B (樹脂A和樹脂B以O對I混合)進行造型，門靜脈使用樹脂A和樹脂B以3對I的比例混合成的混合樹脂進行造型。肝實質、肝靜脈和門靜脈的三維形狀的進行并集的布爾運算，制成肝臟模具。此外，關于各個內部結構，如圖6(1)所示的以內部結構模式、模式尺寸、模式間隔作為參數(shù)。例如，肝實質一邊1.5_的立方體有0.5_的間隔的內部結構模式。將該內部結構模式與肝實質的三維形狀進行并集或差集的布爾運算，可制得與實物的觸感接近的模具。如果是并集的布爾運算時，以模具材料作為內部結構模式的樹脂作使用。如果是差集的布爾運算時，以支撐材料作為內部結構的樹脂使用。圖6(2)的表中數(shù)據(jù)與圖6(1)的表中數(shù)據(jù)相同。圖6(2)是肝臟的截面圖的三維造型模具、從截面部分可以對內部結構進行詳細觀察。內部結構的各個造型模具的截面部分都露在外部，全部使用模具材料進行造型。例如支撐材料無法作為原材料進行造型。根據(jù)圖6(3)的表中數(shù)據(jù)所示，包括圖6(1)的表中數(shù)據(jù)在內，還追加了癌癥的病變部位數(shù)據(jù)。根據(jù)圖6(3)的表中數(shù)據(jù)所示，癌癥部位的材料采用支撐材料。由于癌癥周圍整體被肝實質包圍著，使用支撐材料對癌癥部位進行造型。圖7示意的是骨頭的三維造型模具的觸感等效參數(shù)表的說明圖。此外，圖8和圖9，分別示意的是一個骨頭和肌肉的三維造型模具的例子。圖7(1) (a)示意的是正常骨頭的造型模具圖像。此外，圖7(1) (b)的表示意的是一個正常骨頭的造型模具的觸感等價參數(shù)表的例子。根據(jù)圖7(1) (b)，將為原始形狀的內部結構模式定義為立方體。模式尺寸為1.5mm、模式間隔為1mm。使用的樹脂是，將樹脂A和樹脂B經過I對I比例混合的樹脂。這種情況，生物體部位的骨頭本身形狀是采用樹脂A和樹脂B經過I對I比例混合的樹脂建成，如果是與原始形狀的立方體的差集，去除立方體骨頭，制成與骨頭硬度等效的造型模具。在此，模式尺寸為立方體的一邊的長度。此外模式間隔為立方體的側面與側面的間隔。圖7(2) (C)示意的是患有骨質疏松的骨頭的造型模具圖像。此外，圖7(2) (d)示意的是一個患有骨質疏松的骨的造型模具的觸感等價參數(shù)表的例子。根據(jù)圖7(2) (d)，將為原始形狀的內部結構模式定義為立方體。模式尺寸為4mm、模式間隔為0.5mm。使用的樹脂是將樹脂A和樹脂B經過I對I比例混合的樹脂。這種情況，生物體部位的骨頭本身形狀是采用樹脂A和樹脂B經過I對I比例混合的樹脂建成，提取與原始形狀的立方體的差集，去除立方體，制成與骨頭硬度等效的造型模具。在此，模式尺寸為立方體的一邊的長度。此外模式間隔為立方體的側面和側面的間隔?；加泄琴|疏松的骨頭的造型模具與正常骨頭的造型模具比起，所去除的原始形狀的體積大，并且間隙變大以調節(jié)硬度。圖8示意的是骨頭模具61的垂直于長度方向的截面(圖8(2))和內部結構的概念圖(圖8(3))。骨模具61的截面圖是只用樹脂C形成的截面模樣(圖8 (2) (a))和、通過變換原始形狀尺寸提取差集的截面模樣(圖8 (2) (b) (d))。這種情況，如果沒有定義原始形狀的材料，會自動定義支撐材料進行造型，等模具材料硬化后支撐材料會被去除，結果是只去除原始形狀的尺寸大小部分。因此，隨著8(2) (a)至圖8(2) (d)的變化，骨模具的硬度會逐漸變脆弱。圖9示意的是肌肉模具62垂直于長度方向的截面(圖9 (2))與內部結構的概念圖(圖8 (3))。肌肉模具62的截面圖，只用支撐材料形成的截面模樣(圖9 (2) (a))和、通過變化比支撐材料硬的樹脂C構成的原始形狀的模式間隔提取并集后的截面模樣(圖9(2)(b) (d))。圖9 (2) (a)柔軟度最高，隨著圖9 (2) (b)至圖9 (2) (d)的變化，原始形狀的結構模式增多，肌肉模具也會逐漸變硬。圖10示意的是醫(yī)療、醫(yī)學培訓、科研和教育用支持工具的外觀圖。將根據(jù)本發(fā)明的三維造型模具制作方法制得的關于人體的軀體周圍至胸部周圍的三維造型模具按照一定厚度進行切片后的模具73。脊椎和肺部的截面可以得到確認。將這些切片后的模具還原到原來的三維形狀視為層疊物70，通過相當于脊椎的軸71自由回轉在軸71。由此，可同時掌握整體形狀和截面結構，可有效應用在診療支持或作為醫(yī)學培訓的支持工具。圖11意的是肝臟模具的外觀圖。形狀整體為肝實質80，肝實質80使用透光性樹脂制成。在肝實質80內部可以確認有肝靜脈等的內部結構形狀。肝實質80的模具材料采用軟質的透光性樹脂，為了使肝實質80可以與實物觸感更加接近，根據(jù)觸感等價參數(shù)對肝實質80的內部設定內部結構模式。此外，圖12示意的是孕婦腹部模具的外觀圖。形狀整體呈現(xiàn)的是孕婦的腹部切出形狀。孕婦的腹部91采用透光性樹脂制成。從該模具可以確認孕婦的腹部91及其內部存在胎兒91的樣子。關于胎兒的模樣，其形狀、大小、所處方向、手腳的樣子、腹部的形狀中的位置關系是一目了然。孕婦的腹部91的模具材料采用軟質的透光性樹脂，為了使孕婦的腹部91更加接近實物觸感，根據(jù)觸感等價參數(shù)對胎兒92的內部設定內部結構模式。圖13和圖14示意的是臉部模型以及上半身的外觀圖。101是頭蓋骨、102是耳軟骨、103是鼻軟骨、104是肱、105是心臟。此外，還可確認到肋骨、胸骨、其他骨、牙齒、肺等部位。從頭部至上半身、臂膀部位，整體的皮膚以及耳朵，鼻子的軟骨部分采用透明樹脂進行造型的。此外，內部結構的頭蓋骨或肋骨，胸骨等骨頭部采用硬質樹脂造型的。此外，心臟使用軟質樹脂造型。各個造型模具，為了更加接近實物觸感，根據(jù)觸感等價參數(shù)對其內部設定內部結構模式。圖15示意的是骨頭模具的說明圖。如圖15所示的骨頭模具，骨頭表面分有成皮質骨部分110及其內部的松質骨部分(112，114)構成。松質骨部分分成松質骨表面部分112(與皮質骨相鄰的一定厚度部分)和松質骨內部部分114。皮質骨部分110是用硬質樹脂造型。為了使皮質骨部分110的硬度與實物觸感更加接近，根據(jù)觸感等效參數(shù)，在其內部設定內部結構模式。此外，松質骨表面部分112設有與皮質骨部分110不同的內部結構模式。此外，松質骨內部114最為脆弱，為了使該觸感與實物觸感更加接近，根據(jù)觸感等效參數(shù)，設有內部結構參數(shù)。如圖15 (b)所示，松質骨內部114，內部結構模式的原始形狀被去除呈格子狀。目前，使用根據(jù)本發(fā)明制作的三維造型模具，在與大學附屬醫(yī)院合作中已經證實在醫(yī)療領域中可以縮短治療時間等。當骨盆骨折時實施植入結合手術，對已實施5例進行評級，通常需要6 7小時的手術，可縮短至5 6小時(也就是說縮短I個小時)?？s短手術時間，可減輕患者負擔，另外也手術后的恢復也很樂觀的。今后，在各種醫(yī)療現(xiàn)場，根據(jù)本發(fā)明制造的三維造型模具應該是可以得到很好的應用。工業(yè)應用件根據(jù)本發(fā)明制作的三維造型模具，對知情同意、決定治療方案、診療支援、醫(yī)學教育或醫(yī)學研究或一般的教育支持工作都是有幫助的。通過體驗模擬觸感，作為解剖學或外科學的教材也是很有用的。例如，用類似橡膠的軟質樹脂制成的血管和實際器官，不僅可以對立體解剖實際用手接觸掌握提供支持，設置在拉帕洛手術用訓練模擬器內，作為顯微鏡下的非常好的模擬訓練。圖中符號說明11形狀數(shù)據(jù)生成步驟12 形狀數(shù)據(jù)編輯步驟13表創(chuàng)建步驟14 材料類別定義步驟15 布爾運算步驟16 造型步驟

51標準文字 記號52定標器61骨頭模型62 肌肉模型70層積物71 軸73 按照一定厚度進行切片后的模具80 肝實質91 孕婦的腹部92 胎兒101 頭蓋骨102 耳軟骨103 鼻軟骨104 肱105 心臟110 骨皮質部分112 松質骨的表面部分114 松質骨內部
權利要求
1.一種三維造型模具的制作方法，其特征在于， 是利用一種至少使用2種類型的原材料作為模具材料的三維打印機、制作三維造型模具的制作方法、至少包括: 1)從醫(yī)療用診斷裝置取得的二維數(shù)據(jù)中的亮度信息提取出造型對象物體的生物體部位的三維形狀，生成生物體部位及其內部結構部位的三維形狀數(shù)據(jù)的形狀數(shù)據(jù)生成步驟和、 2)通過造型功能對生物體部位及其內部結構部位的三維形狀數(shù)據(jù)進行編輯的形狀數(shù)據(jù)編輯步驟和、 3)分別對所述生物體部位以及所述內部結構部位、 創(chuàng)建指定原始形狀的至少包括內部結構模式、模式尺寸和模式間隔作為參數(shù)的觸感等效參數(shù)表的表創(chuàng)建步驟和、 4)分別對所述生物體部位以及所述內部結構部位的造型所使用的模具材料的材料類別以及混合比率進行定義、追加在所述觸感等效參數(shù)表的材料類別定義步驟和、 5)根據(jù)所述觸感等效參數(shù)表的參數(shù)生成原始形狀數(shù)據(jù)，將所述數(shù)據(jù)編輯步驟取得的生物體部位及內部結構部位的部位數(shù)據(jù)與所述原始形狀數(shù)據(jù)進行并集、差集、交集中任意一種布爾運算的布爾運算步驟和、 6)根據(jù)所述布爾運算步驟取得的生物體部位以及內部結構部位的三維形狀數(shù)據(jù)，采用由所述材料類別定義步驟所定義的材料、使用所述三維打印機進行造型的造型步驟 構成的三維造型模具的制作方法。
2.根據(jù)權利要求1所記載的三維造型模具的制作方法，其特征在于， 所述模具材料，至少是由I種的透光性材料形成的。
3.根據(jù)權利要求1所記載的三維造型模具的制作方法，其特征在于， 所述形狀數(shù)據(jù)編輯步驟至少包括文字 記號的追加處理、標記符號的追加處理、定標器的追加處理、條形碼的追加處理。
4.根據(jù)權利要求1所記載的三維造型模具的制作方法，其特征在于， 在所述形狀數(shù)據(jù)生成步驟中，將所述內部結構部位的三維形狀尺寸縮小至小于所述生物體部位的內部結構部位的體積。
5.根據(jù)權利要求1 3中任意一個權利要求項所記載的三維造型模具的制作方法，其特征在于， 如果要對生物體部位以及內部結構部位中的至少I個部位賦予軟質觸感時，在所述布爾運算步驟中，將所定義的第I軟質材料的部位數(shù)據(jù)與未定義材料的原始形狀數(shù)據(jù)進行并集運算，或是將所定義的第I軟質材料的部位數(shù)據(jù)與未定義材料的原始形狀數(shù)據(jù)進行差集運算。
6.根據(jù)權利要求1 3中任意一個權利要求項所記載的三維造型模具的制作方法，其特征在于， 如果要對生物物體部位以及內部結構部位中的至少I個部位賦予硬質觸感時，在所述布爾運算步驟中，將所定義的第I硬質材料的部位數(shù)據(jù)與所定義的第2硬質材料的原始形狀數(shù)據(jù)進行并集運算，或是將所定義的第I硬質材料的部位數(shù)據(jù)與未定義材料的原始形狀數(shù)據(jù)進行差集運算。
7.根據(jù)權利要求1 3中任意一個權利要求項所記載的三維造型模具的制作方法，其特征在于， 如果要對生物體部位以及內部結構部位中的至少I個部位賦予硬質觸感時，在所述布爾運算步驟中，將所定義的第I硬質材料的部位數(shù)據(jù)與所定義的第I軟質材料的原始形狀數(shù)據(jù)進行并集運算，或者是進行差集運算。
8.根據(jù)權利要求1 3中任意一個權利要求項所記載的三維造型模具的制作方法，其特征在于， 在所述表創(chuàng)建步驟中，當所述生物體部位是肝臟時，從肝實質、肝靜脈、門脈、膽管、病變部位中選擇I個以上的部位作為所述內部結構部位，并對所選部位進行所述內部結構模式定義、模式尺寸定義、模式間隔定義。
9.根據(jù)權利要求1 3中任意一個權利要求項所記載的3維造型模具的制作方法，其特征在于， 在所述表創(chuàng)建步驟中，當所述生物體部位是孕婦腹部時， 從子宮、胎兒、擠 帶、胎盤、羊水、血管、皮下脂肪中選擇I個以上的部位作為所述內部結構部位，并對所選部位進行所述內部結構模式定義、模式尺寸定義、模式間隔定義。
10.根據(jù)權利要求1 3中任意一個權利要求項所記載的三維造型模型制作方法，其特征在于， 在所述表創(chuàng)建步驟中，當所述生物體部位是乳房部位時， 從皮下脂肪、乳腺、乳管、淋巴管、淋巴結、乳房腫瘤中選擇I個以上的部位作為所述內部結構，并對所選部位進行所述內部結構模式定義、模式尺寸定義、模式間隔定義。
11.根據(jù)權利要求1 3中任意一個權利要求項所記載的三維造型模型制作方法，其特征在于， 在所述表創(chuàng)建步驟中，當所述生物體部位是四肢部位時， 從構成四肢關節(jié)的皮膚、皮下脂肪、動脈、靜脈、肌肉、骨、腱中選擇I個以上的部位作為所述內部結構，并對所選部位進行所述內部結構模式定義、模式尺寸定義、模式間隔定義。
12.根據(jù)權利要求1 3中任意一個權利要求項所記載的三維造型模型制作方法，其特征在于， 在所述表創(chuàng)建步驟中，當所述生物體部位是喉嚨部位時， 從食道、氣管、軟骨中選擇I個以上的部位作為所述內部結構部位，并對所選部位進行所述內部結構模式定義、模式尺寸定義、模式間隔定義。
13.根據(jù)權利要求1 3中任意一個權利要求項所記載的三維造型模型制作方法，其特征在于， 在所述表創(chuàng)建步驟中，當所述生物體部位是臉部時， 從皮膚、皮下脂肪、肌肉、軟骨、骨、血管中選擇I個以上的部位作為所述內部結構部位，并對所選部位進行所述內部結構模式定義、模式尺寸定義、模式間隔定義。
14.根據(jù)權利要求1 3中任意一個權利要求項所記載的三維造型模型制作方法，其特征在于， 在所述表創(chuàng)建步驟中，當所述生物體部位是牙齒和牙齦部位時，從牙齒、齒肉、齒槽骨、血管、神經、顴骨肌肉、舌頭中選擇I個以上的部位作為所述內部結構部位，并對所選部位進行所述內部結構模式定義、模式尺寸定義、模式間隔定義。
15.根據(jù)權利要求1 3中任意一個權利要求項所記載的三維造型模型制作方法，其特征在于， 在所述表創(chuàng)建步驟中，當所述生物體部位是消化管部位時， 從消化管內壁或消化管外壁中選擇I個以上的部位作為所述內部結構部位，并對所選部位進行所述內部結構模式定義、模式尺寸定義、模式間隔定義。
16.根據(jù)權利要求1 3中任意一個權利要求項所記載的三維造型模型制作方法，其特征在于， 在所述表創(chuàng)建步驟中，當所述生物體部位是頭部時， 從毛發(fā)、眼球、腦、腦血管、皮膚、皮下脂肪、肌肉、耳軟骨、鼻軟骨、頭蓋骨中選擇I個以上的部位作為所述內部結構部位，并對所選部位進行所述內部結構模式定義、模式尺寸定義、模式間隔定義。
17.—種醫(yī)療、醫(yī)學培訓、科研和教育用支持工具，其特征在于， 將根據(jù)權利要求1 3中任意一個權利要求項所記載的三維造型模具的制作方法所制得的三維造型模具型按照一定厚度進行切片。
18.—種醫(yī)療、醫(yī)學培訓、科研和教育用支持工具，其特征在于， 將根據(jù)權利要求1 3中任意一個權利要求項所記載的三維造型模具的制作方法所制得的三維造型模 具按照一定厚度切片后的切片模具層疊成原來的三維形狀、并通過軸自由的來回繞軸轉動。
19.一種醫(yī)療、醫(yī)學培訓、科研和教育用支持工具，其特征在于，具備 通過醫(yī)療用診斷裝置取得的二維數(shù)據(jù)中的亮度信息提取出造型對象物體的三維形狀數(shù)據(jù)，生成生物體部位及其內部結構部位的三維形狀數(shù)據(jù)的形狀數(shù)據(jù)生成步驟和、對通過造型功能取得的所述三維形狀數(shù)據(jù)進行編輯的形狀數(shù)據(jù)編輯步驟和、 分別對所述生物體部位以及所述內部結構部位造型使用的模具材料的材料類別以及混合比例進行定義、并追加在所述觸感等效參數(shù)表的材料類別定義步驟和、 采用所述材料類別定義步驟所定義的材料利用所述三維打印機進行造型的造型步驟， 利用一種至少使用2種類型的原材料作為模具材料的三維打印機的三維造型模具的制作方法，將根據(jù)該方法制得的三維造型模具按照一定厚度切片后的切片模具層疊成原來的三維形狀、并通過軸自由的來回繞軸轉動。
20.是利用一種至少使用2種類型的原材料作為模具材料的三維打印機來制作三維造型模具的程序，是一種通過計算機運行 從醫(yī)療用診斷裝置取得的二維數(shù)據(jù)中的亮度信息提取出關于造型對象物體的生物體部位的三維形狀數(shù)據(jù)、生成生物體部位及其內部結構部位的三維形狀數(shù)據(jù)的形狀數(shù)據(jù)生成程序和、 對通過造型功能取得的所述三維形狀數(shù)據(jù)進行編輯的形狀數(shù)據(jù)編輯程序和、 分別對所述生物體部位以及所述內部結構部位創(chuàng)建指定原始形狀的至少包括內部結構模式、模式尺寸和模式間隔作為參數(shù)的觸感等效參數(shù)表的表創(chuàng)建程序和、 提示輸入各個所述生物體部位以及所述內部結構部位的造型所使用的模具材料的材料類別以及混合比率、追加定義在所述觸感等效參數(shù)表的材料類別定義程序和、 根據(jù)所述觸感等效參數(shù)表中參數(shù)生成原始形狀數(shù)據(jù)，將根據(jù)所述形狀數(shù)據(jù)編輯程序取得的生物體部位以及內部結構部位數(shù)據(jù)與所述原始形狀數(shù)據(jù)之間進行并集、差集、交集中的任何一種布爾運算的布爾 運算程序的三維造型模具的制作程序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可將醫(yī)生等專家們對臟器等所掌握的觸感進行再現(xiàn)的三維造型模具的制作方法。從醫(yī)療用診斷裝置取得的二維數(shù)據(jù)中的亮度信息提取出造型對象物體的生物體部位的三維形狀，生成生物體部位以及內部結構部位的三維形狀數(shù)據(jù)。通過造型功能對三維形狀數(shù)據(jù)進行編輯。分別創(chuàng)建生物體部位及其內部結構部位的觸感等效參數(shù)表。對各個用在生物體部位及其內部結構部位的模具材料的材料類別及混合比例進行定義并追加在觸感等效參數(shù)表里。將根據(jù)觸感等效參數(shù)表的參數(shù)生成的原始形狀數(shù)據(jù)、生物體部位及其內部結構部位數(shù)據(jù)與原始形狀數(shù)據(jù)進行布爾運算。使用所定義的材料通過三維打印機進行造型。
文檔編號A61B6/03GK103153589SQ201280003256
公開日2013年6月12日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權日2011年3月31日
發(fā)明者杉本真樹, 東健, 渡邊欣一, 島田周吉 申請人:國立大學法人神戶大學, 株式會社發(fā)索科技