一种应用于颧骨3d打印中三维图像处理方法及系统

文档序号:443814 发布日期:2021-12-28 浏览:3次 >En<

阅读说明:本技术 一种应用于颧骨3d打印中三维图像处理方法及系统 (Three-dimensional image processing method and system applied to cheekbone 3D printing ) 是由 吕继连 于 2021-10-19 设计创作,主要内容包括:本发明提供的颧骨3D打印中三维图像处理方法,根据相邻两个切片p-(i)、p-(i+1)中间位置在z轴上的高度获取原始颧骨三维图像中相应高度对应的面积s1、s2,根据s1和s2的比值,判断是否对相邻两个切片的切片厚度进行调整。如果需要调整,则对相邻两个切片重新切片。通过对切片方法进行改进,实现了利用原始的三维图像对均匀切片的校正,避免了打印的颧骨和三维图像模型差异过大的问题,有助于降低3D打印中阶梯效应的影响。(The three-dimensional image processing method in the zygomatic bone 3D printing provided by the invention is based on two adjacent slices p i 、p i&#43;1 And acquiring areas s1 and s2 corresponding to corresponding heights in the original zygomatic bone three-dimensional image at the height of the middle position on the z axis, and judging whether to adjust the slice thickness of two adjacent slices according to the ratio of s1 to s 2. If an adjustment is needed, the two adjacent slices are re-sliced. By improving the slicing method, the correction of uniform slicing by using the original three-dimensional image is realized, the problem of overlarge difference between printed cheekbones and a three-dimensional image model is avoided, and the influence of a step effect in 3D printing is favorably reduced.)

一种应用于颧骨3D打印中三维图像处理方法及系统

技术领域

本申请涉及3D打印技术领域,尤其涉及应用于颧骨3D打印中三维图像处理方法及系统。

背景技术

骨骼是人体的重要器官,但是由于交通事故、疾病等原因,世界上每年都有大量的骨骼修复手术,面部的颧骨是面颅骨的重要组成,一些意外事故会对颧骨造成损伤,对于颧骨严重受损的情况,就需要进行颧骨的替换。但是颧骨并不是一个标准件,每个人的颧骨都不相同,定制化的颧骨会对患者产生较大的经济压力。3D打印是一种新型的增材制造技术,其一个很重要的特点是可以实现定制化,3D打印的基本原理是根据建立的三维模型,将模型数据输入到3D打印机,3D打印机可以模型数据打印出实体。相较于现在的标准化生产,3D打印技术可以提供个性化定制服务。根据患者受损处的CT、MRI等扫描图像,建立受损处的三维模型,进而根据三维模型3D打印出对应的颧骨。

3D打印颧骨使用的材料主要是金属钛等,不同的材料采用的打印技术也有所区别,例如选择性激光选区融化技术(SLM)、直接金属激光烧结(DMLS)等可以使用金属材料,熔融沉积技术(FDM)可以使用塑料,但是无论是哪种3D打印技术,其基本过程都是将三维模型保存为STL格式文件,对STL格式文件进行切片,生产gcode,然后导入3D打印机。其中切片是指将三维立体图按照一定的厚度切为二维图片,gcode是3D打印机可以识别的代码,也是一种用户可读的代码,其主要作用是通过步进电机控制挤出头的位置。

3D打印应用在颧骨中,需要打印的颧骨具有高精度的要求,但是将三维图像保存为STL文件,是三维模型的近似,而切片会出现阶梯效应,三维图像保存为STL文件以及图像切片都影响3D打印颧骨的精度。如何保障3D打印的精度是3D打印技术应用在医疗领域急需解决的问题。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中均匀切片精度低、自适应切片速度慢的问题,本发明对3D打印的均匀切片方式进行了改进,在不影响切片速度的情况下,提高3D打印颧骨的精度。

在一个方面,本发明提供了一种应用在颧骨3D打印中三维图像处理方法,所述方法包括以下步骤:

S1,将颧骨三维图像保存为STL文件,对STL文件中的模型按照均匀切片的方式进行切片,所述切片的厚度为T1,对切片自下往上进行编号,记为p1、p2、···、pn,其中n为均匀切片后的数量;

S2,获取相邻两个切片pi、pi+1中间位置在z轴上的高度h1、h2,进而获取所述颧骨三维图像中高度h1、h2对应的面积s1、s2,根据s1和s2的比值,判断是否对pi、pi+1的切片厚度进行调整;若是,则执行S3,然后对i加1,重新执行S2;若否直接对i加1,重新执行S2;当i=n-1时,执行S4;其中i为1、2、···、n-1;

S3,对pi、pi+1两个切片的切片厚度进行调整,利用调整后的切片厚度对pi、pi+1再次进行切片;

S4,对切片自下往上重新进行编号,并令n为重新编号后的切片数,执行S2。

优选地,所述对pi、pi+1两个切片的切片厚度进行调整,具体为:

分别计算pi、pi+1两个切片与3D打印设备支持的最小切片厚度的比值,得到比值结果p、q并求和,根据求和结果将pi、pi+1两个切片分为三个切片。

优选地,所述对pi、pi+1两个切片的切片厚度进行调整,具体为:

分别计算pi、pi+1两个切片与3D打印设备支持的最小切片厚度的比值,若比值为偶数,则将对应的切片均分为两个切片;若比值为奇数,则将对应的切片分为两个切片,两个切片的厚度分别为比值一半的向上取整、向下取整。

优选地,所述对pi、pi+1两个切片的切片厚度进行调整,还包括:若切片厚度为3D打印设备支持的最小切片厚度,则不对切片厚度进行调整。

优选地,所述所述T1为3D打印设备支持的最小切片厚度的整数倍。

在另一个方面,本发明还提供了一种应用于颧骨3D打印中三维图像处理系统,其特征在于,所述系统包括以下模块:

均匀切片模块,用于将颧骨三维图像保存为STL文件,对STL文件中的模型按照均匀切片的方式进行切片,所述切片的厚度为T1,对切片自下往上进行编号,记为p1、p2、···、pn,其中n为均匀切片后的数量;

计算与判断模块,用于获取相邻两个切片pi、pi+1中间位置在z轴上的高度h1、h2,进而获取所述颧骨三维图像中高度h1、h2对应的面积s1、s2,根据s1和s2的比值,判断是否对pi、pi+1的切片厚度进行调整;若是,则执行切片厚度调整模块,然后对i加1,重新执行所述计算与判断模块;若否直接对i加1,重新执行所述计算与判断模块;当i=n-1时,执行重新编号模块;其中i为1、2、···、n-1;

切片厚度调整模块,用于对pi、pi+1两个切片的切片厚度进行调整,利用调整后的切片厚度对pi、pi+1再次进行切片;

重新编号模块,用于对切片自下往上重新进行编号,并令n为重新编号后的切片数,执行所述计算与判断模块。

优选地,所述对pi、pi+1两个切片的切片厚度进行调整,具体为:

分别计算pi、pi+1两个切片与3D打印设备支持的最小切片厚度的比值,得到比值结果p、q并求和,根据求和结果将pi、pi+1两个切片分为三个切片。

优选地,所述对pi、pi+1两个切片的切片厚度进行调整,具体为:

分别计算pi、pi+1两个切片与3D打印设备支持的最小切片厚度的比值,若比值为偶数,则将对应的切片均分为两个切片;若比值为奇数,则将对应的切片分为两个切片,两个切片的厚度分别为比值一半的向上取整、向下取整。

优选地,所述对pi、pi+1两个切片的切片厚度进行调整,还包括:若切片厚度为3D打印设备支持的最小切片厚度,则不对切片厚度进行调整。

此外,为实现上述目的,本发明还提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的应用在颧骨3D打印中三维图像处理方法。

本发明提供的颧骨3D打印中三维图像处理方法,通过对切片方法进行改进,实现了利用原始的三维图像对均匀切片的校正,避免了打印的颧骨和三维图像模型差异过大的问题。

同时,相对于自适应切片方法,本发明提供的切片方法速度更快;而且可以对要调整的两个相邻切片重新切片,包括将相邻的切片中每一个重新切片以及将需要切片的两个相邻切片融合后重新切片,能够避免切片结果无法满足要求的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明

具体实施方式

或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为均匀切片的示意图;

图2为本发明的流程图;

图3为不同位置切片图;

图4为经过本发明调整后的切片图。

具体实施方式

在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

图1示出了3D打印从建模到生成Gcode的过程。现有技术的切片方法包括均匀切片(也称为等层厚切片,如图1所示)和自适应切片(也称为变层厚切片)。无论是均匀切片还是自适应切片,只要切片,都会出现会出现阶梯效应,当层厚越大,阶梯效应越明显,一个极端的例子是模型分为两个层厚。

而三维图像转换为STL格式的文件,也会出现失真的情况,可见,从三维图像到STL文件,再到切片,会出现两次失真的情况,这就严重影响3D打印的精度。

具体实施例一

本发明提供了一种应用在颧骨3D打印中三维图像处理方法,所述方法包括以下步骤:

S1,将颧骨三维图像保存为STL文件,对STL文件中的模型按照均匀切片的方式进行切片,所述切片的厚度为T1,对切片自下往上进行编号,记为p1、p2、···、pn,其中n为均匀切片后的数量;

S2,获取相邻两个切片pi、pi+1中间位置在z轴上的高度h1、h2,进而获取所述颧骨三维图像中高度h1、h2对应的面积s1、s2,根据s1和s2的比值,判断是否对pi、pi+1的切片厚度进行调整;若是,则执行S3,然后对i加1,重新执行S2;若否直接对i加1,重新执行S2;当i=n-1时,执行S4;其中i为1、2、···、n-1;

S3,对pi、pi+1两个切片的切片厚度进行调整,利用调整后的切片厚度对pi、pi+1再次进行切片;

S4,对切片自下往上重新进行编号,并令n为重新编号后的切片数,执行S2。

本发明利用原始的颧骨三维图像对切片进行校正,对于变化明显的部分,切片的厚度较小,这样不仅提高了切片的精度,还可以有效降低打印的时间。

图3为不同s1和s2的比值对应的三维图,从图2可以明显的看出模型中变化大的部位s1和s2的比值也较大,通过s1和s2的比值可以找出模型变化明显的具体切片,然后将切片厚度降低,这样可以最大限度的接近原始颧骨三维图像的形状。

在另外一个具体实施例中,判断是否对pi、pi+1的切片厚度进行调整,是根据相邻两个切片pi、pi+1在所述颧骨三维图像对应的体积的比值进行判断。

在一个具体实施例中,若所述比值大于1,则判断所述比值是否大于第一阈值,若大于第一阈值,则对pi、pi+1的切片厚度进行调整;若所述比值小于1,则判断所述比值是否小于第二阈值,若小于第二阈值,则对pi、pi+1的切片厚度进行调整。

所述比值和3D打印使用的材料、3D打印设备以及要求的精度相关,不同的材料、3D打印设备和/或要求的精度设置的比值不同,本发明对此不作具体限定。

优选地,如图4所示,所述对pi、pi+1两个切片的切片厚度进行调整,具体为:

分别计算pi、pi+1两个切片与3D打印设备支持的最小切片厚度的比值,得到比值结果p、q并求和,根据求和结果将pi、pi+1两个切片分为三个切片。

以均匀切片后的相邻两个切片为例,假设p=q=3,其总厚度为6个3D打印设备支持的最小精度,则将这两个相邻切片分为三个切片,可以为2、2、2,可见,通过这种方式可以将这两个相邻切片进行融合后,重新切片,这样可以避免分别对这两个相邻切片单独分割仍无法满足要求的情况。而且通过图4可以明显看出最后打印的实物和模型更为接近。

在一种简单的实现方式中,还可以分别计算pi、pi+1两个切片与3D打印设备支持的最小切片厚度的比值,若比值为偶数,则将对应的切片均分为两个切片;若比值为奇数,则将对应的切片分为两个切片,两个切片的厚度分别为比值一半的向上取整、向下取整。

在一个具体实施例中,对于两个相邻切片的切片厚度进行调整,首先使用上述简单的方式进行调整,若简单的方式调整后,得到的新的切片中任一两个相邻的切片仍无法满足要求,则采用两个相邻切片融合的方式进行调整。这样避免了反复进行切片厚度的调整。

优选地,所述对pi、pi+1两个切片的切片厚度进行调整,还包括:若切片厚度为3D打印设备支持的最小切片厚度,则不对切片厚度进行调整。

优选地,所述所述T1为3D打印设备支持的最小切片厚度的整数倍。

具体实施例二

本发明还提供了一种应用于颧骨3D打印中三维图像处理系统,其特征在于,所述系统包括以下模块:

均匀切片模块,用于将颧骨三维图像保存为STL文件,对STL文件中的模型按照均匀切片的方式进行切片,所述切片的厚度为T1,对切片自下往上进行编号,记为p1、p2、···、pn,其中n为均匀切片后的数量;

计算与判断模块,用于获取相邻两个切片pi、pi+1中间位置在z轴上的高度h1、h2,进而获取所述颧骨三维图像中高度h1、h2对应的面积s1、s2,根据s1和s2的比值,判断是否对pi、pi+1的切片厚度进行调整;若是,则执行切片厚度调整模块,然后对i加1,重新执行所述计算与判断模块;若否直接对i加1,重新执行所述计算与判断模块;当i=n-1时,执行重新编号模块;其中i为1、2、···、n-1;

切片厚度调整模块,用于对pi、pi+1两个切片的切片厚度进行调整,利用调整后的切片厚度对pi、pi+1再次进行切片;

重新编号模块,用于对切片自下往上重新进行编号,并令n为重新编号后的切片数,执行所述计算与判断模块。

优选地,所述对pi、pi+1两个切片的切片厚度进行调整,具体为:

分别计算pi、pi+1两个切片与3D打印设备支持的最小切片厚度的比值,得到比值结果p、q并求和,根据求和结果将pi、pi+1两个切片分为三个切片。

优选地,所述对pi、pi+1两个切片的切片厚度进行调整,具体为:

分别计算pi、pi+1两个切片与3D打印设备支持的最小切片厚度的比值,若比值为偶数,则将对应的切片均分为两个切片;若比值为奇数,则将对应的切片分为两个切片,两个切片的厚度分别为比值一半的向上取整、向下取整。

优选地,所述对pi、pi+1两个切片的切片厚度进行调整,还包括:若切片厚度为3D打印设备支持的最小切片厚度,则不对切片厚度进行调整。

具体实施例三

本发明还提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如具体实施例一所述的方法。

本发明所述的各个实施例可以进行组合以实现对应的技术方案。结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块,或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

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