一种基于MR图像的三叉神经痛模型及其制备方法

技术领域

本发明属于医疗用模型技术领域，尤其是涉及一种基于MR图像的三叉神经痛模型及其制备方法。

背景技术

三叉神经痛是最常见的脑神经疾病，表现为头面部三叉神经分布区域内骤发，骤停、闪电样、刀割样、烧灼样、顽固性、难以忍受的剧烈性疼痛，周期性发作，以致病人精神萎靡不振，行动谨小慎微生恐发作，甚至痛不欲生，严重影响生活质量。

微血管减压手术隔离责任血管与神经被是目前原发性三叉神经痛首选的手术治疗方法。然而临床实践中，常规MR高分辨图像为2D层面图像，小脑上动脉、小脑前下动脉、后下动脉及邻近静脉分支、分布存在个体化差异，部分病例解剖分支及走行变异较大，责任血管可以为多支，相同责任血管不只存在一处神经血管压迫，神经血管接触或压迫的程度难以量化，言语难以描述该神经血管压迫的形态及空间关系等影响因素的存在，使得责任血管与受压神经空间立体关系的三维可视化受限，导致三叉神经痛的精准术前评价、微血管减压术的精准实施及有效的医学教学培训面临一定的困难与挑战。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种三叉神经痛医学教学模型及其制备方法，尤其是有利于复杂三叉神经痛患者责任血管、压迫位点、压迫程度的术前三维立体可视化，有效地显示受压神经与邻近结构的复杂解剖变异及其走行、前后、上下空间关系，提高医生对手术区复杂解剖结构的精确术前理解，术前识别高风险区域并预测潜在并发症，利于术前手术规划及模拟干预，增加外科医师手术信心，减少MVD术中不必要的探索时程，降低手术并发症，亦可用于医学教学及外科操作培训实践，增加医学教学效果的一种基于MR高分辨图像的三叉神经痛模型及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于MR图像的三叉神经痛模型，包括受压的三叉神经模型、与所述三叉神经模型邻近的责任血管模型、脑干模型，上述各模型部件通过彩色3D打印机装载颜色各异的柔性光敏树脂后，打印制备成三叉神经痛神经血管压迫实体模型，有效地显示三叉神经痛患者复杂解剖变异及其神经血管走行、前后、上下空间关系。

进一步的，本发明还提供一种基于MR图像的三叉神经痛模型制备方法，用于制备上述三叉神经痛模型，包括以下步骤，

S1：采用MR高分辨扫描序列进行图像采集；

S2：基于MR高分辨图像的三叉神经痛数字化建模；

S3：使用3D打印机制备所述三叉神经痛模型。

进一步的，所述S1包括以下步骤，

S11：采用三维容积内插体部扫描序列显示后循环小脑上动脉、前下动脉、后下动脉及其细小分支，血管显示为高信号利于通过阈值自动提取；

S12：通过可变反转角的三维快速自旋回波序列显示三叉神经脑池段、以上责任动脉及邻近岩静脉属支。

进一步的，所述S11的参数为，TR为15ms，TE为3.69 ms，FOV为180mm×180mm，矩阵为288×288，扫描层数为220层，层厚为0.5mm，翻转角为9°，Q-fat sat，带宽为180Hz/Px。

进一步的，所述S12的参数为，TR为7500ms, TE为308ms；T1为3000ms；矩阵为190×192；FOV为256mm×256mm；层数为128；厚度为1.3 mm；其中，两个反转脉冲，TI

进一步的，所述S2包括以下步骤，

S21：基于三维容积内插体部扫描序列通过阈值自动提取分割显示为高信号的责任动脉，实时微调合理阈值范分别分割后循环椎基底动脉及责任血管，如小脑上动脉、前下动脉、后下动脉及其细小分支，并手动修正细节轮廓使之精确，使用魔刷工具去除非目标区域的标记；

S22：基于三维磁化准备快速梯度回波序列微调选择合理阈值提取显示为低信号的三叉神经脑池段、三维容积内插体部扫描序列无法显示的微小动脉及邻近岩静脉属支，无法通过阈值取，提取则采用手动勾画的方式分割微血管，手动修正细节轮廓使之精确，使用魔刷工具去除非目标区域的标记；

S23：基于以上两序列的横断、冠状、矢状图像，通过轮廓勾画的方法自动分割脑干结构，并手动修正细节轮廓使之精确，使用魔刷工具去除非目标区域的标记；

S24：以上神经、责任血管、脑干分割完成后，进行各个图像部件的融合，将获得的图像文件转化为STL格式文件用于3D打印。

进一步的，所述S3包括以下步骤，

S31：将重建好的STL文件倒入3D打印设备；

S32：设置打印参数，并装载打印材料后，制作三叉神经痛实体模型。

进一步的，所述打印参数为，打印厚度为28μm，打印精度≤200μm，环境温度为18~26℃，肖氏硬度为30。

进一步的，所述打印材料为柔性光敏树脂，设置邻近动脉、静脉、三叉神经、脑干颜色为红、蓝、黄、白色用于区分不同结构。

进一步的，因部分血管太细，添加透明层链接以保证空间连续性及效果，实体化打印原发性三叉神经痛模型。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明基于MR神经高分辨成像序列，构建三叉神经痛神经血管压迫数字化建模及个体化3D打印模型，有利于复杂三叉神经痛患者责任血管、压迫位点、压迫程度的术前三维立体可视化，有效地显示受复杂解剖变异及其走行、前后、上下空间关系，提高医生对手术区域复杂解剖结构的精确术前理解，识别高风险区域并预测潜在并发症，利于术前手术规划及模拟干预，增加外科医师手术信心，减少MVD术中不必要的探索时程，降低手术并发症，亦可用于医学教学及外科操作培训实践，增加医学教学效果的有效性。

附图说明

图1-图4是本发明实施例的整体结构示意图。

图5是本发明实施例的制备方法工艺流程图。

图中：

1、脑干模型 2、小脑上动脉模型 3、岩上静脉模型

4、三叉神经模型。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明实施例做进一步描述：

如图1-4所示，一种基于MR图像的三叉神经痛模型，包括受压的三叉神经模型4、与三叉神经模型4邻近的责任血管模型和脑干模型1，具体的，责任血管模型包括小脑上动脉模型2和岩上静脉模型3，上述各模型部件通过彩色3D打印机装载颜色各异的柔性光敏树脂后，打印制备成三叉神经痛实体模型，有效地显示受复杂解剖变异及其走行、前后、上下空间关系。

具体的，如图5所示，一种基于MR图像的三叉神经痛模型制备方法，用于制备上述三叉神经痛模型，包括以下步骤，

S1：采用MR高分辨扫描序列进行图像采集，优选的，采用薄层高分辨MR神经成像序列扫描，其中，层厚为0.5-0.6mm，以达到最佳建模效果，具体的，本实施例采用西门子MR设备。

S11：采用三维容积内插体部扫描，即3D T1-VIBE序列显示后循环小脑上动脉、前下动脉、后下动脉及其细小分支，血管显示为高信号利于通过阈值自动提取。具体的，参数如下，TR为15ms，TE为3.69 ms，FOV为180mm×180mm，矩阵为288×288，扫描层数为220层，层厚为0.5mm，翻转角为9°，Q-fat sat，带宽为180Hz/Px。

S12：通过可变反转角的三维快速自旋回波，即3D-T2-SPACE序列显示三叉神经脑池段、以上责任动脉及邻近岩静脉属支。具体的，参数如下，TR为7500ms, TE为308ms；T1为3000ms；矩阵为190×192；FOV为256mm×256mm；层数为128；厚度为1.3 mm；其中，两个反转脉冲，第一个180°反转脉冲与90°激励脉冲之间的时间，即TI

S2：基于MRI图像的三叉神经痛数字化建模，将获得的三叉神经MR高分辨成像序列加载到西门子3Dprinter、3Dslicer等软件中融合。

S21：基于三维容积内插体部扫描，即3D-T1-VIBE序列通过阈值自动提取分割显示为高信号的责任动脉，实时微调合理阈值范分别分割后循环椎基底动脉及责任血管，如小脑上动脉、前下动脉、后下动脉及其细小分支，并手动修正细节轮廓使之精确，使用魔刷工具去除非目标区域的标记。

S22：基于三维磁化准备快速梯度回波，即3D-MPRAGE序列微调选择合理阈值提取显示为低信号的三叉神经脑池段、三维容积内插体部扫描，即3D-T1-VIBE序列无法显示的微小动脉及邻近岩静脉属支，无法通过阈值取，提取则采用手动勾画的方式分割微血管，手动修正细节轮廓使之精确，使用魔刷工具去除非目标区域的标记。

S23：基于以上两序列的横断、冠状、矢状图像，通过轮廓勾画的方法自动分割脑干结构，并手动修正细节轮廓使之精确，使用魔刷工具去除非目标区域的标记。

S24：以上神经、责任血管、脑干分割完成后，进行各个图像部件的融合，将获得的图像文件转化为STL格式文件用于3D打印。

S3：使用3D打印机制备所述三叉神经痛模型。

S31：将重建好的STL文件倒入3D打印设备。

S32：设置打印参数，并装载打印材料后，实体化打印原发性三叉神经痛模型。具体的，打印参数如下，打印厚度为28μm，打印精度≤200μm，环境温度为18~26℃，肖氏硬度为30。装载打印材料为柔性光敏树脂后，设置邻近动脉、静脉、三叉神经、脑干颜色为红、蓝、黄、白色，因部分血管太细，添加透明层链接以保证空间连续性及效果。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明基于MR神经高分辨成像序列，构建三叉神经痛神经血管压迫数字化建模及个体化3D打印模型，有利于复杂三叉神经痛患者责任血管、压迫位点、压迫程度的术前三维立体可视化，有效地显示受复杂解剖变异及其走行、前后、上下空间关系，提高医生对手术区域复杂解剖结构的精确术前理解，识别高风险区域并预测潜在并发症，利于术前手术规划及模拟干预，增加外科医师手术信心，减少MVD术中不必要的探索时程，降低手术并发症，亦可用于医学教学及外科操作培训实践，增加医学教学效果的有效性。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。