一种3D教学颅骨模体的制作方法

技术领域

本发明属于教学模型制作领域，具体是一种3D教学颅骨模体的制作方法。

背景技术

随着3D打印技术的快速发展，其在医学、教育等领域的应用越来越广泛。在医学教学中，实物模型具有非常重要的意义，尤其是对于颅骨等复杂结构的理解。然而，传统的颅骨教学模型制作方法存在着制作周期长、成本高、易损坏等问题。因此，开发一种新型的3D教学颅骨模体的制作方法，以提高制作效率、降低成本、提高模型的耐用性和实用性。

3D打印技术已被广泛应用于各种领域，包括医学、建筑、艺术等。在医学领域，3D打印技术可以用于制作人体解剖模型、手术辅助工具等，为医学研究和治疗提供了极大的便利。在教育领域，3D打印技术也可以用于制作教学模型，帮助学生更好地理解复杂的科学原理和结构。

目前的颅骨教学虽然直观，但不易获取，而且也不具备独特性。其次，模型的表面处理也是影响其质量和视觉效果的重要因素。因此，本方案提出了一种3D教学颅骨模体的制作方法，为医学教学提供一种高效、低成本且高质量的颅骨模型制作解决方案。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种3D教学颅骨模体的制作方法，以为医学教学提供一种高效、低成本且高质量的颅骨模型制作解决方案。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种3D教学颅骨模体的制作方法，包括如下步骤：

步骤一，数据获取：从医疗机构或公共数据库中获取DICOM格式的颅骨影像数据；

步骤二，个性化定制：根据教学需求，对提取出的颅骨影像数据中的颅骨模型进行个性化定制，个性化定制包括但不限于添加或修改特定的解剖标记和病变模型，形成电子颅骨模型；

步骤三，3D打印：将电子颅骨模型导入到3D打印机中进行打印，制作颅骨实体模型；

步骤四，表面处理：制作完成后，对颅骨实体模型进行表面处理；表面处理时，利用辅助设备进行颅骨实体模型内部的打磨、抛光和清洁；

进行打磨、抛光和清洁时，利用伸缩件推动处理组件和充气组件移动，使处理组件置于颅骨实体模型内，同时充气组件对处理组件内进行充气，将处理组件内的气囊输出，转动处理组件，使气囊上的磨料布对颅骨实体模型内部的打磨和抛光；打磨和抛光完成后利用伸缩件将处理组件和充气组件拉回，此时充气组件将气囊内的气体收回，同时输出气体至颅骨实体模型内部，对其进行清洁；

步骤五，质量检测与修正：对颅骨实体模型进行质量检测，出现有误时，在三维建模软件中进行修正，并重新打印。

采用上述方案的原理及有益效果：

1、从医疗机构或公共数据库中获取DICOM格式的颅骨影像数据。这种方法的优点在于能够获得高质量的原始数据，这些数据通常来自于真实的医学影像，可以提供准确的解剖结构和病变信息，比单纯影像资料能更形象直观的显示颅骨各个结构，便于教学。

2、根据教学需求，对提取出的颅骨影像数据中的颅骨模型进行个性化定制。个性化定制的优点在于可以根据学生的需求和教学目标，定制特定的颅骨模型，更好地满足教学需求。同时，通过添加或修改特定的解剖标记和病变模型，可以更好地模拟真实情况，提高教学效果。

3、将电子颅骨模型导入到3D打印机中进行打印，制作颅骨实体模型。3D打印的优点在于可以根据电子模型快速、准确地制作出颅骨实体模型，而且可以制作出任意形状和大小的模型。这种方法降低了制作成本和时间，提高了制作效率。

4、制作完成后，对颅骨实体模型进行表面处理。表面处理的优点在于可以制作出更加逼真的颅骨实体模型，通过内部的打磨、抛光和清洁，可以更好地模拟真实的颅骨表面和内部结构，提高了颅骨实体模型的质量和视觉效果，更好地满足教学需求。

5、对颅骨实体模型进行质量检测，出现有误时，在三维建模软件中进行修正，并重新打印。质量检测与修正的优点在于可以确保制作出的颅骨实体模型的质量和准确性，避免出现错误或瑕疵。这种方法可以提供更加可靠和准确的教学工具，提高教学质量和效果。

由此，这种方法可以提供更加精准、逼真、可靠和实用的颅骨模型，为医学教学提供一种高效、低成本且高质量的颅骨模型制作解决方案，更好地满足教学需求，提高了教学质量和效果。

进一步，步骤一中，获取DICOM格式的颅骨影像数据后，对颅骨影像数据进行预处理，预处理包括但不限于格式转换、图像增强、噪声去除和图像分割。

有益效果：预处理可以改善原始影像的质量，例如通过图像增强技术提高图像的对比度和清晰度，使得后续处理和分析更加准确。通过格式转换，可以将不同来源的影像数据统一到一个标准格式，方便后续的数据整合和批量处理。噪声去除步骤可以帮助去除影像中的噪声和干扰，减少对后续处理的影响，提高数据的可靠性。通过预处理，可以简化后续的数据处理和分析流程。例如，通过图像分割可以将影像划分为不同的区域或对象，使得对特定区域的关注和分析更加方便。

进一步，步骤二中，添加或修改特定的解剖标记时，在颅骨模型上添加或修改特定的解剖标记，解剖标记包括但不限于骨缝、孔洞和骨突。

进一步，步骤二中，添加或修改特定的病变模型时，在颅骨模型上添加或修改相应的病变模型，病变模型包括但不限于骨折、肿瘤和炎症的病理状态。

有益效果：通过在颅骨模型上明确标记骨缝、孔洞和骨突等结构，学生可以更直观地理解颅骨的解剖结构，加深对颅骨正常形态和功能认识。这些标记可以作为教学的辅助工具，帮助教师更好地解释颅骨的复杂解剖结构，提高教学效果。通过添加解剖标记，可以提供更多关于颅骨解剖的详细信息，从而满足不同层次学生的学习需求。

通过添加骨折、肿瘤和炎症等病变模型，可以模拟真实的病理状态，帮助学生更好地理解颅骨病变的特点和影响。这些病变模型可以用于实践操作，帮助学生掌握如何识别和处理颅骨病变。通过观察和分析病变模型，学生可以提高对颅骨病变的诊断能力。

进一步，步骤三中，制作颅骨实体模型前，进行材料选择，材料包括但不限于塑料、树脂和陶瓷。

进一步，步骤三中，制作颅骨实体模型前，设定打印参数，打印参数包括但不限于层高、填充密度和打印速度。

有益效果：根据不同的材料和模型需求，选择合适的打印参数可以优化模型的性能，使其更适合特定的教学或研究用途。层高决定了打印出的每一层的厚度，直接影响模型的细节程度。较小的层高可以打印出更平滑、更细致的表面。填充密度决定了模型内部结构的强度。适当的填充密度可以提高模型的强度和耐久性，使其能够承受更多的使用和操作。打印速度决定了整个打印过程所需的时间。较快的打印速度可以缩短制作时间，提高效率，但过快的打印速度可能导致模型质量下降或产生其他问题。

进一步，辅助设备包括放置箱，放置箱内固定连接有伸缩件，伸缩件输出轴顶部固定连接有转动件和连接杆，转动件顶部固定连接有处理组件，放置箱内固定连接有充气组件，充气组件与连接杆连接；

处理组件包括壳体，壳体侧壁均与放置箱滑动配合，壳体内装有若干气囊，气囊上固定连接有磨料布，气囊一侧的壳体上均设有通口，气囊能够穿过通口至壳体外；

充气组件包括气筒和活塞，活塞位于气筒内并与气筒滑动配合，连接杆固定连接于活塞底部，连接杆远离活塞一端与伸缩件固定连接，气筒顶部连通有输气管，气筒顶部通过输气管与气囊连通，气筒底部连通有出气管，出气管远离气筒一端贯穿壳体并位于壳体顶部，出气管内连通有出气单向阀，气筒底部连通有进气单向阀。

进一步，转动件输出轴顶部固定连接有推杆，壳体通过推杆与转动件固定连接。

有益效果：通过放置箱、伸缩件、转动件和连接杆的设计，可以快速、准确地安装和定位处理组件，提高整体制作效率。充气组件、气囊、壳体和连接杆之间的连接和配合，确保了气囊在充气和排气过程中的稳定性和可靠性，避免出现气囊异常膨胀或收缩的问题。充气组件中的进气单向阀和出气单向阀的设计，可以避免气体倒流或意外泄漏，提高了使用安全性。通过推杆连接壳体与转动件，可以便于推动壳体。该设备结构简单、紧凑，降低了制造成本。同时，提高了设备的可靠性和耐用性，有助于降低维护成本。

附图说明

图1为本发明实施例的3D教学颅骨模体的制作方法流程图。

图2为本发明实施例的辅助设备剖视图。

图3为本发明实施例的壳体剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：放置箱1、伸缩件2、转动件3、连接杆4、处理组件5、充气组件6、壳体7、通口8、气筒9、活塞10、输气管11、出气管12、气囊13、推杆14。

实施例一

实施例基本如附图1、附图2和附图3所示：

一种3D教学颅骨模体的制作方法，包括如下步骤：

步骤一，数据获取：从医疗机构或公共数据库中获取DICOM格式的颅骨影像数据；获取DICOM格式的颅骨影像数据后，对颅骨影像数据进行预处理，预处理包括但不限于格式转换、图像增强、噪声去除和图像分割。

步骤二，个性化定制：根据教学需求，对提取出的颅骨影像数据中的颅骨模型进行个性化定制，个性化定制包括但不限于添加或修改特定的解剖标记和病变模型，形成电子颅骨模型；添加或修改特定的解剖标记时，在颅骨模型上添加或修改特定的解剖标记，解剖标记包括但不限于骨缝、孔洞和骨突。添加或修改特定的病变模型时，在颅骨模型上添加或修改相应的病变模型，病变模型包括但不限于骨折、肿瘤和炎症的病理状态。

步骤三，3D打印：进行材料选择，材料包括但不限于塑料、树脂和陶瓷。设定打印参数，打印参数包括但不限于层高、填充密度和打印速度。将电子颅骨模型导入到3D打印机中进行打印，制作颅骨实体模型。

步骤四，表面处理：制作完成后，对颅骨实体模型进行表面处理；表面处理时，利用辅助设备进行颅骨实体模型内部的打磨、抛光和清洁。

进行打磨、抛光和清洁时，利用伸缩件2推动处理组件5和充气组件6移动，使处理组件5置于颅骨实体模型内，同时充气组件6对处理组件5内进行充气，将处理组件5内的气囊13输出，转动处理组件5，使气囊13上的磨料布对颅骨实体模型内部的打磨和抛光；打磨和抛光完成后利用伸缩件2将处理组件5和充气组件6拉回，此时充气组件6将气囊13内的气体收回，同时输出气体至颅骨实体模型内部，对其进行清洁。

步骤五，质量检测与修正：对颅骨实体模型进行质量检测，出现有误时，在三维建模软件中进行修正，并重新打印。

具体实施过程如下：

步骤一：数据获取与预处理

1、数据获取：从医疗机构或公共数据库中获取DICOM格式的颅骨影像数据。这些数据可以是CT、MRI或其他医学影像技术得到的。

2、预处理：对获取的颅骨影像数据进行一系列的预处理，包括但不限于：

格式转换：将DICOM格式转换为适合3D打印或其他后续处理的形式。

图像增强：通过调整对比度、亮度等，使图像更清晰，便于后续处理。

噪声去除：去除图像中的噪声，使图像更加平滑。

图像分割：将颅骨与其他组织分开，提取出颅骨模型。

步骤二：个性化定制

根据教学的需求，可以对提取出的颅骨模型进行个性化的定制。具体包括：

1、添加或修改解剖标记：在颅骨模型上添加或修改特定的解剖标记，如骨缝、孔洞和骨突等。这些标记可以帮助学生更好地理解颅骨的结构和功能。

2、添加或修改病变模型：在颅骨模型上添加或修改特定的病变模型，如骨折、肿瘤和炎症等病理状态。这些病变模型可以帮助学生更好地理解病变的特点和影响。

步骤三：3D打印

1、材料选择：选择适合的打印材料，如塑料、树脂或陶瓷等。这些材料应具有良好的生物相容性和耐用性。

2、打印参数设定：设定适当的打印参数，如层高、填充密度和打印速度等。这些参数会影响模型的精细度和打印时间。

3、模型打印：将电子颅骨模型导入到3D打印机中进行打印，制作出颅骨实体模型。

步骤四：表面处理

对打印出的颅骨实体模型进行表面处理，确保颅骨实体模型的表面光滑、整洁。利用辅助设备进行内部的打磨、抛光和清洁，提高模型的外观和使用效果。具体过程如下：

1、使用伸缩件2推动处理组件5和充气组件6移动，使处理组件5置于颅骨实体模型内。

2、充气组件6对处理组件5内进行充气，将处理组件5内的气囊13输出。

3、转动处理组件5，使气囊13上的磨料布对颅骨实体模型内部的进行打磨和抛光。

4、打磨和抛光完成后利用伸缩件2将处理组件5和充气组件6拉回，此时充气组件6将气囊13内的气体收回，同时输出气体至颅骨实体模型内部，对其进行清洁。

步骤五：质量检测与修正

1、质量检测：对完成的颅骨实体模型进行质量检测，检查其是否符合预期的形状和精度要求。

2、修正与重新打印：如果发现有误或需要进一步优化，可以在三维建模软件中进行修正，并重新进行打印。

实施例二

本实施例与上述实施例的区别在于：辅助设备包括放置箱1，放置箱1内固定连接有伸缩件2，伸缩件2输出轴朝上，伸缩件2包括但不限于气缸，伸缩件2输出轴顶部固定连接有转动件3和连接杆4，转动件3包括但不限于电机，转动件3顶部固定连接有处理组件5，放置箱1内固定连接有充气组件6，充气组件6与连接杆4连接。

处理组件5包括壳体7，壳体7侧壁均与放置箱1滑动配合，壳体7内装有若干气囊13，气囊13上粘接固定有磨料布，气囊13一侧的壳体7上均开设有通口8，气囊13能够穿过通口8至壳体7外。

充气组件6包括气筒9和活塞10，活塞10位于气筒9内并与气筒9滑动配合，连接杆4通过螺钉固定连接于活塞10底部，连接杆4远离活塞10一端与伸缩件2固定连接，气筒9顶部连通有输气管11，气筒9顶部通过输气管11与气囊13连通，气筒9底部连通有出气管12，出气管12远离气筒9一端贯穿壳体7并位于壳体7顶部，出气管12内连通有出气单向阀，气筒9底部连通有进气单向阀。转动件3输出轴顶部固定连接有推杆14，壳体7通过推杆14与转动件3固定连接。

具体实施过程如下：使用辅助设备时，开启伸缩件2，伸缩件2输出轴输出，带动转动件3和连接杆4向上移动。转动件3向上移动时带动推杆14和壳体7向上移动，由此将壳体7伸入至颅骨实体模型内部。连接杆4向上移动时带动活塞10在气筒9内向上移动。此时气筒9内的活塞10上方输出气体，气体内的活塞10下方输入气体。活塞10上方输出的气体通过输气管11输出至气囊13内，使气囊13通过通口8输出至壳体7外，并使气囊13和气囊13上的磨料布逐渐在颅骨实体模型内膨胀并贴合其内壁。

开启转动件3，转动件3输出轴转动时带动推杆14转动，推杆14转动带动壳体7及气囊13转动，使磨料布对颅骨实体模型内部进行打磨和抛光。完成打磨和抛光后，控制伸缩件2输出轴收回，将壳体7和连接杆4拉回，此时连接杆4拉动活塞10向下移动，气筒9内的活塞10上方输入气体，将气囊13内的气体收回，气体内的活塞10下方输出气体，使气体通过出气管12和单向出气阀输出至颅骨实体模型内，将颅骨实体模型上的灰尘和杂质吹下，完成颅骨实体模型的清洁。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。