DE3933142A1 - producing scale model of part of body - computer converts patterns of X=rays through sections of body into three-dimensional model which includes voids and undercuts in its profile - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines maß stäblichen dreidimensionalen Modells eines zu einem Körper ei nes Lebewesens gehörigen Körperteiles sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for producing a measure literal three-dimensional model of an egg living body part and a device to carry out the procedure.
Es ist aus den verschiedensten Gründen wünschenswert, auf nicht invasivem Wege Informationen über die dreidimensionale Gestalt von Körperteilen, wobei unter Körperteilen auch innere Organe, Teile des Skeletts und des Bewegungsapparates, Tumore, Konkre mente, usw. verstanden werden sollen, zu gewinnen. Zum Beispiel ist es anhand derartiger Informationen möglich, chirurgische Eingriffe zu planen. Außerdem können solche Informationen zur Herstellung und Anpassung künstlicher Körperteile, z.B. Gelenke oder Venen, von Bedeutung sein. Es besteht auch die Möglich keit, anhand solcher Informationen das Wachstum von Tumoren oder Konkrementen zu dokumentieren.It is desirable for a variety of reasons, not on invasive way information about the three-dimensional shape of body parts, with body parts also including internal organs, Parts of the skeleton and musculoskeletal system, tumors, concussion elements, etc. should be understood to win. For example it is possible based on such information, surgical To plan interventions. In addition, such information can be used to Production and adaptation of artificial body parts, e.g. Joints or veins. There is also the possibility the growth of tumors based on such information or to document concretions.
Ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Modells eines Körperteiles ist in dem Artikel "Klinische Anwendungen der dreidimensionalen Oberflächenrekonstruktion aus CT-Scans - Erfahrungen bei 250 Untersuchungen" von M.W. Vannier et al., Elektromedica 51 (1983), Heft 4, Seiten 122 bis 131, beschrie ben. Bei diesem Verfahren werden mittels eines Schnittbildge rätes, nämlich eines Computertomographen, Schnittbilder einer Anzahl von durch den Körper des Lebewesens verlaufenden, das Körperteil enthaltenden Schichten angefertigt. Aus den Schnitt bildern werden Daten ermittelt, die den äußeren Umrissen der in den Schnittbildern enthaltenen Schichten des Körperteiles ent sprechen. Anhand dieser Daten werden entsprechende Schichten aus einem Modellwerkstoff, z.B. Aluminiumblech, ausgeschnitten und zu einem dreidimensionalen Modell des Körperteiles zusam mengesetzt, das hinsichtlich der Gestalt seiner äußeren Ober fläche dem Körperteil entspricht.A method for producing a three-dimensional model of a body part is described in the article "Clinical Applications of Three-Dimensional Surface Reconstruction from CT Scans - Experience in 250 Examinations" by MW Vannier et al., Elektromedica 51 (1983), No. 4, pages 122 to 131, described. In this method, a sectional image device, namely a computer tomograph, is used to produce sectional images of a number of layers which run through the body of the living being and contain the body part. From the sectional images, data are determined which correspond to the outer contours of the layers of the body part contained in the sectional images. On the basis of this data, appropriate layers are cut out of a model material, for example aluminum sheet, and put together to form a three-dimensional model of the body part which corresponds to the body part in terms of the shape of its outer surface.
Ein ähnliches Verfahren zur Herstellung eines Modells eines Körperteiles ist in dem Artikel "Ein Kopf wird kopiert", Uwe Kierst, Hobby 9/87, Seiten 62 bis 64, beschrieben, wobei das Modell mittels einer numerisch gesteuerten Fräsmaschine aus einem Block eines Modellwerkstoffes herausgefräst wird.A similar process for making a model of a Body part is in the article "A head is copied", Uwe Kierst, Hobby 9/87, pages 62 to 64, where the Model using a numerically controlled milling machine is milled out of a block of a model material.
Verfahren zur Herstellung von Modellen von Körperteilen an hand entsprechender Computer-Tomographie-Daten, sei es durch Fräsen des Modells aus vollem Material, sei es durch Zusam mensetzen des Modells aus einer Vielzahl von Modellschichten, deren Außenkonturen den des zu modellierenden Körperteiles entsprechen, sind außerdem in dem Artikel "Fertigung von Knochenmodellen nach Computer-Tomographie-Daten zur Verwen dung in Chirurgie und Orthopädie", Biomedizinische Technik, Band 30, Heft 5, Mai 1985, Seiten 111 bis 114, beschrieben.Process for making models of body parts hand appropriate computer tomography data, be it through Milling the model from full material, be it together setting the model from a variety of model layers, whose outer contours that of the body part to be modeled are also in the article "Manufacturing of Use bone models based on computed tomography data training in surgery and orthopedics ", biomedical engineering, Volume 30, Issue 5, May 1985, pages 111 to 114.
Ferner ist in der EP-A-02 55 797 ein Verfahren zur Herstel lung einer Endoprothese mit individueller Anpassung unter Her anziehung eines mittels Computertomographie erzeugten, min destens in datenmäßiger Repräsentation vorhandenen, dreidimen sionalen Modells des durch die Prothese zu ersetzenden Körper teils beschrieben. Dabei wird die Prothese mittels einer nume risch gesteuerten Fräsmaschine ausgehend von in unterschied lichen Größen vorhandenen Rohlingen hergestellt. In dem zu er setzenden Körperteil vorhandene geschlossene Hohlräume können also bei der Herstellung der Prothese nicht reproduziert wer den. Selbst wenn die Rohlinge Hohlräume enthielten, könnten diese den individuellen Gegebenheiten nicht entsprechen. Sie könnten diesen auch nicht angepaßt werden, da dies mittels einer Fräsmaschine jedenfalls bei völlig geschlossenen Hohl räumen unmöglich wäre.Furthermore, EP-A-02 55 797 describes a process for the production endoprosthesis with individual adjustment under Her attraction of a min at least in three-dimensional representation in terms of data sional model of the body to be replaced by the prosthesis partly described. The prosthesis is then numbered rically controlled milling machine based on in difference existing sizes manufactured blanks. In which to him body parts that are present can form closed cavities So who reproduces in the manufacture of the prosthesis the. Even if the blanks contained voids, it could these do not correspond to the individual circumstances. they could not be adjusted, because this is done by means of a milling machine with a completely closed hollow clearing would be impossible.
Auch in der FR-A-25 77 697 ist ein Verfahren zur Herstellung eines individuell angepaßten chirurgischen Implantats beschrie ben, welches zur Aufnahme in dem Markkanal eines Röhrenknochens bestimmt ist. Dabei werden auf Grundlage einer Anzahl von Schnittbildern des Röhrenknochens Daten ermittelt, die die dreidimensionale Gestalt des Markkanals beschreiben. Auf Grund lage dieser Daten wird ein den jeweils vorliegenden individu ellen Gegebenheiten angepaßtes Implantat, z.B. eine Hüftge lenkprothese, mittels einer numerisch gesteuerten Werkzeug maschine gefertigt. Auch hier besteht keine Möglichkeit in dem durch die Prothese zu ersetzenden Körperteil etwa vorhandene völlig geschlossene Hohlräume naturgetreu zu reproduzieren.FR-A-25 77 697 also describes a process for the production of a customized surgical implant ben, which for recording in the medullary canal of a long bone is determined. Here, based on a number of Cross-sectional images of the long bone determined data that the Describe the three-dimensional shape of the medullary canal. Because of The location of this data will be the individual Adapted implant, e.g. a hip steering prosthesis, using a numerically controlled tool machine made. There is no possibility here either any part of the body to be replaced by the prosthesis reproduce completely closed cavities lifelike.
Die bekannten Verfahren zur Herstellung eines maßstäblichen dreidimensionalen Modells eines Körperteiles gestatten es lediglich, ein Modell herzustellen, das hinsichtlich seiner äußeren Oberfläche ein maßstäbliches Abbild des Körperteiles darstellt, d.h., daß das Modell keine in dem Körperteil etwa vorhandene völlig geschlossene Hohlräume aufweisen kann. Ebenso können nach außen zwar offene, aber starke Hinterschneidungen aufweisende Vertiefungen nicht modelliert werden. Beides wäre aber insbesondere dann, wenn es darum geht, mittels des Modells chirurgische Eingriffe zu planen, von besonderem Interesse.The known methods of producing a scale three-dimensional model of a body part allow it just to make a model that is in terms of its outer surface a true-to-scale image of the body part represents, i.e. that the model does not exist in the body part can have existing completely closed cavities. As well can open to the outside, but strong undercuts showing depressions are not modeled. Both would be but especially when it comes to using the model Planning surgical procedures is of particular interest.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art, das es gestattet, Modelle eines Körperteiles herzustellen, die auch hinsichtlich etwa in dem Körperteil enthaltener völlig geschlossener Hohlräume oder starke Hinterschneidungen aufweisender Vertiefungen dem Kör perteil voll entsprechen, und eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben.The invention is therefore based on the object of a method of the type mentioned at the beginning, which allows models of a Produce body part, which is also about in terms of Body part containing completely closed cavities or deep undercuts in the body per fully correspond, and a device for performing to specify such a procedure.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, das folgende Verfahrensschritte umfaßt:According to the invention, this object is achieved by a method the following process steps include:
- a) mittels eines Schnittbildgerätes werden Schnittbilder einer Anzahl von durch den Körper des Lebewesens verlaufender, das Körperteil enthaltender Schichten angefertigt, indem für Volumenelemente der Schichten der Wert einer für unter schiedliche Körperteile des Lebewesens unterschiedlichen charakteristischen physikalischen Größe und die Koordinaten der Volumenelemente in bezug auf ein festes Koordinaten system ermittelt werden,a) by means of a sectional image device, sectional images of a Number of living organisms passing through the body Body part containing layers made by for Volume elements of the layers the value one for under different body parts of the living being different characteristic physical size and coordinates the volume elements with respect to a fixed coordinate system can be determined
- b) aus den Koordinaten der in den Schnittbildern enthaltenen Volumenelemente und den diesen zugeordneten Werten der charakteristischen physikalischen Größe werden der drei dimensionalen Gestalt des Körperteiles entsprechende Daten ermittelt, indem durch Vergleich der Werte der charakteri stischen physikalischen Größe der einzelnen Volumenelemente der Schichten mit wenigstens einem das Körperteil kennzeich nenden Kennwert der charakteristischen physikalischen Größe diejenigen Volumenelemente identifiziert werden, die Volu menelemente des Körperteiles sind, undb) from the coordinates of those contained in the sectional images Volume elements and the values assigned to them characteristic physical size will be the three dimensional data of the body part determined by comparing the values of the character physical size of the individual volume elements of the layers with at least one characterizing the body part characteristic value of the characteristic physical quantity those volume elements are identified that Volu are elements of the body part, and
- c) die der dreidimensionalen Gestalt des Körperteiles entspre chenden Daten werden einem Modellgenerator zugeführt, mit tels dessen anhand der Daten unter Berücksichtigung eines gewählten Maßstabes das Modell durch Urformen aus einem Modellwerkstoff derart erzeugt wird, daß das Modell für jedes Volumenelement des Körperteiles ein entsprechendes Volumenelement des Modellwerkstoffes aufweist.c) which corresponds to the three-dimensional shape of the body part Data are fed to a model generator, with Based on the data, taking into account a selected scale the model by archetypes from a Model material is generated so that the model for each volume element of the body part has a corresponding one Has volume element of the model material.
Im Falle des erfindungsgemäßen Verfahrens werden also nicht nur der äußeren Oberfläche des Körperteiles entsprechende Daten er mittelt, sondern vielmehr die in den einzelnen Schichten ent haltenen Volumenelemente des Körperteiles identifiziert und als der dreidimensionalen Gestalt des Körperteiles entsprechende Daten der Modellherstellung zugrundegelegt. Da der Modellgene rator anhand dieser Daten ein Modell derart erzeugt, daß das Modell für jedes Volumenelement des Körperteiles ein entspre chendes Volumenelement des Modellwerkstoffes aufweist, was da durch möglich ist, daß der Modellgenerator das Modell nicht spanabhebend (z.B. Fräsen), sondern durch Urformen erzeugt, ergibt sich ein Modell, das nicht nur hinsichtlich der Gestalt seiner äußeren Oberfläche sondern auch hinsichtlich etwa vor handener völlig geschlossener Hohlräume oder starke Hinter schneidungen aufweisender Vertiefungen dem Körperteil voll entspricht. Als Schnittbildgerät kann übrigens ein Computer tomograph, ein Ultraschall-Schnittbildgerät oder ein Kernspin tomograph vorgesehen sein.In the case of the method according to the invention, not only data corresponding to the outer surface of the body part averages, but rather the ent in the individual layers holding volume elements of the body part identified and as corresponding to the three-dimensional shape of the body part Model manufacturing data used. Because the model genes rator uses this data to generate a model such that the A model for each volume element of the body part corresponding volume element of the model material has what there by it is possible that the model generator is not the model cutting (e.g. milling), but generated by master forms, a model emerges that is not just in terms of shape its outer surface but also in terms of about existing completely closed cavities or strong backs cut recesses full of the body part corresponds. A computer can also be used as a cross-sectional imaging device tomograph, an ultrasound imaging device or a nuclear spin be provided tomograph.
Wenn nur eine beschränkte Anzahl von Schnittbildern angefertigt werden kann, z.B. um bei der Verwendung eines Computertomo graphen als Schnittbildgerät die Strahlungsbelastung für das Lebewesen gering zu halten, und dann die in den Schnittbildern dargestellten Schichten des Körperteiles nicht unmittelbar an einandergrenzen, kann vorgesehen sein, daß die Koordinaten der jenigen Volumenelemente des Körperteiles, die zwischen einander benachbarten in Schnittbildern dargestellten Schichten des Kör perteiles liegen, durch ein Rechenverfahren näherungsweise er mittelt werden. Das Rechenverfahren kann dabei einer linearen Interpolation entsprechen.If only a limited number of sectional images were made can be e.g. to when using a computer tomo graphen as a sectional image device the radiation exposure for the To keep living beings low, and then those in the sectional images shown layers of the body part not immediately limit each other, it can be provided that the coordinates of the those volume elements of the body part that are between each other adjacent layers of the body shown in sectional views approximate, by a calculation method he approximates be averaged. The calculation method can be linear Correspond to interpolation.
Der eigentliche Herstellvorgang des Modells gestaltet sich dann besonders einfach, wenn die Volumenelemente des Modellwerkstof fes im Zuge des Urformens miteinander verbunden werden. Eine weitere Vereinfachung läßt sich erzielen, wenn das Modell aus einer Anzahl von miteinander verbundenen Modellschichten gebil det wird.The actual manufacturing process of the model is then designed particularly easy if the volume elements of the model material fes in the course of the original shaping. A further simplification can be achieved if the model is out a number of interconnected model layers det.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah rens umfaßt ein Schnittbildgerät, das über eine Datenleitung mit einem Modellgenerator verbunden ist, der eine Steuerein richtung und eine Generatoreinrichtung umfaßt, wobei die Steuereinrichtung die Generatoreinrichtung anhand der mittels des Schnittbildgerätes ermittelten, der dreidimensionalen Ge stalt des Körperteiles entsprechenden Daten zur Erzeugung des Modells steuert. Die Generatoreinrichtung kann dabei eine Volu menelemente eines Modellwerkstoffes abgebende Spritzdüse und eine Basisplatte aufweisen, die relativ zueinander dreidimen sional verstellbar sind, wobei die Steuereinrichtung zur Er zeugung jeweils einer Modellschicht die Spritzdüse und die Basisplatte in zueinander parallelen Ebenen derart relativ zueinander verstellt, daß die Spritzdüse aufeinanderfolgend relativ zu der Basisplatte Positionen einnimmt, die den Koordi naten der der jeweiligen Modellschicht entsprechenden Volumen elemente des Körperteiles entsprechen, die Steuereinrichtung die Spritzdüse veranlaßt, in jeder der Positionen ein Volumen element des Modellwerkstoffes abzugeben, und die Steuereinrich tung den Abstand zwischen der Spritzdüse und der Basisplatte zur Erzeugung aufeinanderfolgender Modellschichten entsprechend der Schichtdicke vergrößert. Eine Generatoreinrichtung dieser Art ist an sich aus der FR-A-25 83 333 bekannt. Als Modellwerk stoff kommen metallische Werkstoffe mit niedrigem Schmelzpunkt, keramische Werkstoffe und insbesondere polymere Werkstoffe in Frage, die erforderlichenfalls in einen zähflüssigen Zustand versetzt werden, um sie mittels der Spritzdüse abgeben zu kön nen, worauf der jeweilige Modellwerkstoff wieder zum Erstarren gebracht wird.A device for performing the method according to the invention rens includes a sectional image device that is connected via a data line is connected to a model generator which is a controller direction and includes a generator device, the Control device the generator device using the means of the sectional imaging device determined, the three-dimensional Ge stalt data corresponding to the body part to generate the Controls model. The generator device can have a volume spray nozzle and elements of a model material have a base plate that are three-dimensional relative to each other sional are adjustable, the control device for Er generation of a model layer, the spray nozzle and the Base plate in such parallel relative planes adjusted to each other that the spray nozzle successively takes positions relative to the base plate that the Koordi the volume corresponding to the respective model layer elements of the body part correspond to the control device the spray nozzle causes a volume in each of the positions to deliver the element of the model material, and the control unit the distance between the spray nozzle and the base plate to generate successive model layers accordingly the layer thickness increased. A generator device of this Art is known per se from FR-A-25 83 333. As a model work metallic materials with a low melting point, ceramic materials and in particular polymer materials in Question, if necessary, in a viscous state are displaced so that they can be dispensed by means of the spray nozzle what the respective model material solidifies again brought.
Nach einer Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Generatoreinrichtung eine Einrichtung zum Härten des Modell werkstoffes aufweist. Wird als Modellwerkstoff z.B. geschmolze nes Metall oder geschmolzener Kunststoff verwendet, kann vorge sehen sein, daß die Härteeinrichtung einen Kühlmittelstrom ab gibt, der den Modellwerkstoff zum Erstarren bringt. Im Falle keramischer Modellwerkstoffe kann vorgesehen sein, daß die Här teeinrichtung mit Wärme auf den Modellwerkstoff einwirkt, um diesen zu verfestigen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Spritzdüse als Modellwerkstoff eines mittels UV-Licht härtbaren Kunststoff abgibt und die Einrichtung zum Härten des Modell werkstoffes durch eine UV-Lichtquelle gebildet ist. In jedem Falle ist es von Vorteil, wenn die Einrichtung zum Härten des Modellwerkstoffes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit der Spritzdüse gekoppelt ist.According to a variant of the invention it can be provided that the Generator device means for hardening the model has material. Is used as a model material e.g. melted Nes metal or molten plastic used, can pre can be seen that the hardening device from a coolant flow that solidifies the model material. In the event of ceramic model materials can be provided that the hardness acts on the model material with heat in order to to solidify this. It is particularly advantageous if the Spray nozzle as a model material of a UV light curable Plastic releases and the device for hardening the model material is formed by a UV light source. In each It is advantageous if the device for hardening the Model material according to an embodiment of the invention the spray nozzle is coupled.
Das Modell kann auf besonders einfache Weise erzeugt werden, wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Generator einrichtung ein Bad eines mittels Licht aushärtbaren polymeren Werkstoffes, in dem eine höhenverstellbare Plattform angeordnet ist, und eine über dem Spiegel des Bades in einer zur Ebene des Spiegels parallelen Ebene verstellbare Lichtquelle aufweist, wobei die Steuereinrichtung die Lichtquelle zur Erzeugung je weils einer Modellschicht derart relativ zu der Plattform ver stellt, daß diese aufeinanderfolgend relativ zu der Plattform Positionen einnimmt, die den Koordinaten der der jeweiligen Modellschicht entsprechenden Volumenelemente des Körperteiles entsprechen, und wobei die Steuereinrichtung die Plattform zur Erzeugung aufeinanderfolgender Modellschichten jeweils um einen der Dicke der zu erzeugenden Modellschicht entsprechenden Be trag absenkt. Eine solche Generatoreinrichtung ist an sich aus der EP-A-01 71 069 bekannt.The model can be generated in a particularly simple manner, if, according to one embodiment of the invention, the generator device a bath of a light-curable polymer Material in which a height-adjustable platform is arranged is, and one above the mirror of the bath in one to the level of Mirror adjustable parallel plane has light source, the control device depending on the light source for generation because of a model layer so ver relative to the platform represents that these are successively relative to the platform Positions that correspond to the coordinates of each Model layer corresponding volume elements of the body part correspond, and wherein the control device, the platform for Generation of successive model layers by one corresponding to the thickness of the model layer to be produced wear lowered. Such a generator device is in itself known from EP-A-01 71 069.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:Embodiments of the invention are in the accompanying Drawings shown. Show it:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Vor richtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Ver fahrens zur Herstellung maßstäblicher dreidimensionaler Modelle von Körperteilen, Fig. 1 shows a schematic representation of an inventive device for carrying out a pre Ver inventive driving to scale for the production of three-dimensional models of parts of the body,
Fig. 2 in schematischer Darstellung den Modellgenerator der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und Fig. 2 shows a schematic representation of the model generator of the device according to the invention, and
Fig. 3 ein Detail des Modellgenerators nach Fig. 2, und Fig. 3 shows a detail of the model generator according to FIG. 2, and
Fig. 4 eine Variante eines Modellgenerators in schematischer Darstellung. Fig. 4 shows a variant of a model generator in a schematic representation.
Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt ein Schnitt bildgerät, nämlich einen insgesamt mit 2 bezeichneten, an sich bekannten Computertomographen. Dieser besitzt eine Röntgenröhre 3, die zusammen mit einem Strahlenempfänger 4 eine Strahlenmeß einrichtung bildet. Der Strahlenempfänger 4 weist eine Reihe von Einzeldetektoren 4 a, 4 b usw. auf. Die Röntgenröhre 3 ist mit dem Strahlenempfänger 4 über einem Drehrahmen 5 fest ver bunden und sendet ein fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel 6 aus, das eine ein zu modellierendes Körperteil des Lebewesens, z.B. wie dargestellt den Schädelknochen eines menschlichen Pa tienten 1, enthaltende Schicht 7 des Patienten 1 durchsetzt. Der Patient 1 liegt auf einer Patientenliege 8. Senkrecht zu der Schicht 7 entspricht die Ausdehnung des Röntgenstrahlenbün dels 6 der Dicke der Schicht 7. Die Anzahl der Einzeldetektoren 4 a , 4 b usw. des Strahlenempfängers 4 ist der gewünschten Bild auflösung entsprechend gewählt. Jeder Einzeldetektor 4 a, 4 b usw. liefert ein elektrisches Signal, das der Intensität der jeweils empfangenen Röntgenstrahlung entspricht.The device shown in Fig. 1 comprises a sectional image device, namely a generally designated 2 , known computer tomograph. This has an X-ray tube 3 , which forms a radiation measuring device together with a radiation receiver 4 . The radiation receiver 4 has a number of individual detectors 4 a , 4 b , etc. The X-ray tube 3 is on a rotating frame 5 fixed ver connected with the radiation receiver 4 and sends a fan-shaped X-ray beam 6 from which a one to modeling portion of the animal, for example, as shown the skull bone of a human Pa tienten 1, containing layer 7 passes through the patient 1 . The patient 1 lies on a patient couch 8 . Perpendicular to the layer 7 , the extent of the X-ray beam 6 corresponds to the thickness of the layer 7 . The number of individual detectors 4 a , 4 b etc. of the radiation receiver 4 is chosen according to the desired image resolution. Each individual detector 4 a , 4 b etc. delivers an electrical signal which corresponds to the intensity of the X-rays received in each case.
Die Einzeldetektoren 4 a, 4 b usw. des Strahlenempfängers 4 sind an eine elektronische Recheneinrichtung 9 angeschlossen, die aus den Ausgangssignalen der Einzeldetektoren 4 a, 4 b usw. wäh rend der Drehung der Strahlenmeßeinrichtung 3, 4 um eine Dreh achse 10, die parallel zur Längsrichtung der Patientenliege 8 verläuft, die Röntgenstrahlen-Schwächungswerte der Volumenele mente der Schicht 7 berechnet. Bei dem Röntgenstrahlungs-Schwä chungswert handelt es sich um eine charakteristische physika lische Größe, deren Wert für unterschiedliche Körperteile des Patienten 1 unterschiedliche Werte besitzt. Die Koordinaten der Volumenelemente werden in bezug auf ein gerätefestes rechtwink liges Koordinatensystem mit den Achsen x, y, z ermittelt. An hand der ermittelten Röntgenstrahlungs-Schwächungswerte der einzelnen Volumenelemente einer abgetasteten Schicht 7 ist die elektronische Recheneinrichtung 9 in der Lage, ein Schnittbild dieser Schicht zu errechnen, das auf einem Sichtgerät 11 wie dergegeben werden kann, wobei einem bestimmten Röntgenstrah lungs-Schwächungswert ein bestimmter Grauwert in der Darstel lung des Schnittbildes entspricht.The individual detectors 4 a , 4 b etc. of the radiation receiver 4 are connected to an electronic computing device 9 , which from the output signals of the individual detectors 4 a , 4 b etc. during the rotation of the radiation measuring device 3 , 4 about a rotation axis 10 , which is parallel runs to the longitudinal direction of the patient couch 8 , the X-ray attenuation values of the volume elements of the layer 7 are calculated. In the X-ray Schwä monitoring value is a characteristic metallic physika quantity whose value has 1 different values for different parts of the patient. The coordinates of the volume elements are determined with respect to a device-fixed rectangular coordinate system with the axes x , y , z . On the basis of the determined X-ray attenuation values of the individual volume elements of a scanned layer 7 , the electronic computing device 9 is able to calculate a sectional image of this layer, which can be reproduced on a display device 11 , with a certain X-ray attenuation value having a certain gray value corresponds to the representation of the sectional view.
Gewöhnlich wird die Röntgenröhre 3 während des Abtastens einer Schicht 7 derart gepulst, daß beispielsweise bei einer voll ständigen Drehung der Strahlenmeßeinrichtung 3, 4 um die Achse 10 für einen vollständigen Abtastvorgang pro Winkelgrad ein Satz von Ausgangssignalen des Strahlenempfängers 4 erzeugt wird. Auf diese Weise werden bei beispielsweise 512 Einzel detektoren im Strahlenempfänger 4 pro Abtastvorgang 360 × 512 Ausgangssignale erzeugt, die der Berechnung der Röntgenstrah lungs-Schwächungswerte der Volumenelemente einer Schicht 7 zu grundegelegt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Übersichtlichkeit halber aber nicht sämtliche Einzel detektoren, sondern nur einige wenige gezeigt.Usually, the X-ray tube 3 is pulsed during the scanning of a layer 7 such that, for example, with a complete continuous rotation of the radiation measuring device 3 , 4 about the axis 10, a set of output signals of the radiation receiver 4 is generated per degree of angle for a complete scanning process. In this way, for example, 512 individual detectors in the radiation receiver 4 generate 360 × 512 output signals per scanning process, which are used as a basis for calculating the X-ray attenuation values of the volume elements of a layer 7 . In the illustrated embodiment, for the sake of clarity, however, not all individual detectors are shown, but only a few.
Die Drehung des Drehrahmens 5 wird mittels eines Motors 12 be wirkt, der von der elektronischen Recheneinrichtung 9 in der erforderlichen Weise betätigt wird. Die Röntgenröhre 3 wird durch eine Generatoreinrichtung 13 mit den benötigten Span nungen versorgt, wobei die Generatoreinrichtung 13 ebenfalls von der elektronischen Recheneinrichtung 9 in der erforder lichen Weise gesteuert wird.The rotation of the rotating frame 5 is effected by means of a motor 12 , which is actuated by the electronic computing device 9 in the required manner. The X-ray tube 3 is supplied voltages by a generator device 13 with the necessary tension, wherein the generator means 13 is also controlled by the electronic computing means 9 in the erforder integral way.
Die Patientenliege 8 ist mittels eines durch die elektronische Recheneinrichtung 9 gesteuerten Motors 14 in Richtung der Achse 10 verstellbar, so daß es möglich ist, Schnittbilder von in Richtung der Achse 10 aufeinanderfolgenden, parallel zueinander verlaufenden Schichten 7 des Patienten 1 abzutasten, die je weils das zu modellierende Körperteil, also den Schädelknochen des Patienten 1, enthalten. Die von der elektronischen Rechen einrichtung 9 aus den Ausgangssignalen 4 ermittelten Röntgen strahlungs-Schwächungswerte der Volumenelemente sämtlicher ab getasteter Schichten 7 sowie die Koordinaten der jeweiligen Volumenelemente werden in der entsprechend ausgebildeten elek tronischen Recheneinrichtung 9 als eine der Anzahl der Schich ten 7 entsprechende Anzahl von Schnittbildern gespeichert.The patient couch 8 is adjustable by means of a motor 14 controlled by the electronic computing device 9 in the direction of the axis 10 , so that it is possible to scan sectional images of successive, parallel to each other layers 7 of the patient 1 in the direction of the axis 10 , each of which does that Body part to be modeled, i.e. the skull bone of patient 1 , contain. The device of the electronic computing 9 determined from the output signals 4 X-ray attenuation values of the volume elements of all from keyed layers 7 as well as the coordinates of the respective volume elements are in the correspondingly designed elec tronic calculating means 9 as one of the number of Schich th 7 corresponding number of cross-sectional images saved.
Aus den Koordinaten der in den Schnittbildern enthaltenen Volu menelemente und den diesen zugeordneten Röntgenstrahlungs- Schwächungswerten ermittelt die entsprechend ausgebildete elek tronische Recheneinrichtung 9 der dreidimensionalen Gestalt des zu modellierenden Körperteiles entsprechende Daten, indem sie die Röntgenstrahlungs-Schwächungswerte der einzelnen Volumen elemente der Schichten 7 mit wenigstens einem das zu modellie rende Körperteil kennzeichnenden Röntgenstrahlungs-Schwächungs wert vergleicht und so diejenigen Volumenelemente identifi ziert, die Volumenelemente des zu modellierenden Körperteiles sind. Der dem jeweils zu modellierenden Körperteil entsprechen de Röntgenstrahlungs-Schwächungswert kann der elektronischen Recheneinrichtung 9 über eine mit dieser verbundene Tastatur 15 eingegeben werden. Der dem jeweiligen Körperteil entsprechende Röntgenstrahlungs-Schwächungswert kann aus einem oder mehreren Schnittbildern, die auf dem Sichtgerät 11 dargestellt werden, anhand des Grauwertes, mit dem das zu modellierende Körperteil in dem bzw. den Schnittbilder(n) dargestellt ist, ermittelt werden. Falls ein zu modellierendes Körperteil in den Schnitt bildern mit mehreren Grauwerten dargestellt ist, kann der elektronischen Recheneinrichtung 9 ein entsprechender Bereich des Röntgenstrahlungs-Schwächungswertes eingegeben werden.From the coordinates of the volume elements contained in the sectional images and the X-ray attenuation values assigned to them, the correspondingly designed electronic computing device 9 determines the three-dimensional shape of the body part to be modeled by submitting the X-ray attenuation values of the individual volume elements of the layers 7 with at least compares an X-ray attenuation value characterizing the body part to be modeled and thus identifies those volume elements that are volume elements of the body part to be modeled. The x-radiation attenuation value corresponding to the body part to be modeled can be entered into the electronic computing device 9 via a keyboard 15 connected to it. The X-ray attenuation value corresponding to the respective body part can be determined from one or more sectional images that are displayed on the viewing device 11 on the basis of the gray value with which the body part to be modeled is shown in the sectional image (s). If a body part to be modeled is shown in the sectional images with a plurality of gray values, the electronic computing device 9 can be entered a corresponding range of the X-ray attenuation value.
Die der dreidimensionalen Gestalt des zu modellierenden Körper teiles entsprechenden Daten, d.h. die Koordinaten derjenigen Volumenelemente der Schnittbilder, die als Volumenelemente des zu modellierenden Körperteiles identifiziert wurden, werden ei nem insgesamt mit 16 bezeichneten Modellgenerator zugeführt, der ein Modell des zu modellierenden Körperteiles durch Urfor men aus einem Modellwerkstoff derart erzeugt, daß das Modell für jedes Volumenelement des zu modellierenden Körperteiles ein entsprechendes Volumenelement des Modellwerkstoffes und für jede Schicht des zu modellierenden Körperteiles eine entspre chende Modellschicht aufweist. Dabei besteht die Möglichkeit, über die Tastatur 15 einen Maßstab einzugeben, den die elektro nische Recheneinrichtung 9 bei der Ermittlung der für den Mo dellgenerator 16 bestimmten Daten berücksichtigt. Falls die mittels des Computertomographen 2 abgetasteten Schichten 7 nicht unmittelbar aneinandergrenzen, werden diejenigen Volumen elemente des zu modellierenden Körperteiles, die zwischen ein ander benachbarten abgetasteten Schichten liegen, mittels der elektronischen Recheneinrichtung auf Grundlage eines geeigneten Rechenverfahrens näherungsweise ermittelt, und zwar derart, daß die entsprechenden Daten in einer Form vorliegen, als seien sie in der zuvor beschriebenen Weise aus Schnittbildern ermittelt worden.The data corresponding to the three-dimensional shape of the body part to be modeled, that is to say the coordinates of those volume elements of the sectional images which have been identified as volume elements of the body part to be modeled, are supplied to a model generator, designated overall by 16 , who models a model of the body part to be modeled generated from a model material such that the model has a corresponding volume element of the model material for each volume element of the body part to be modeled and a corresponding model layer for each layer of the body part to be modeled. It is possible to use the keyboard 15 to enter a scale that the electronic computing device 9 takes into account when determining the data determined for the model generator 16 . If the layers 7 scanned by means of the computer tomograph 2 do not directly adjoin one another, those volume elements of the body part to be modeled which lie between another adjacent scanned layers are approximately determined by means of the electronic computing device on the basis of a suitable computing method, in such a way that the corresponding ones Data is in a form as if it were determined from sectional images in the manner described above.
Der schematisch angedeutete Modellgenerator 16 umfaßt übrigens eine Steuereinrichtung 17 und eine Generatoreinrichtung 18, wo bei die Steuereinrichtung 17 die Generatoreinrichtung 18 anhand der mittels des Computertomographen 2 ermittelten, der dreidi mensionalen Gestalt des zu modellierenden Körperteiles entspre chenden Daten zur Erzeugung des Modells steuert. Die Steuerein richtung 17 steht einerseits über eine Datenleitung 19 mit der elektronischen Recheneinrichtung 9 des Computertomographen 2 und andererseits über Steuerleitungen 20, von denen der Über sichtlichkeit halber nur eine dargestellt ist, mit der Genera toreinrichtung 18 in Verbindung.The schematically indicated model generator 16, incidentally, comprises a control device 17, and a generator means 18 where the generator device 18 determined in the control device 17 on the basis of means of the CT scanner 2, the dreidi-dimensional shape of the entspre to be modeled body part sponding data controls to generate the model. The Steuerein device 17 is on the one hand via a data line 19 with the electronic computing device 9 of the computer tomograph 2 and on the other hand via control lines 20 , of which only one is shown for clarity, with the generator gate device 18 in connection.
In den Fig. 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Modell generators dargestellt. Dabei ist die Steuereinrichtung 17 schematisch angedeutet. Die Generatoreinrichtung 18 weist eine Basisplatte 21 und eine relativ zu dieser dreidimensional ver stellbare Spritzdüse 22 zur Abgabe von Modellwerkstoff auf. Die Spritzdüse 22 ist an einem ersten Wagen 23 befestigt, der mit tels eines ersten Schrittmotors 24 längs einer ersten Führungs stange 25 verfahrbar ist. Die erste Führungsstange 25 ist an einem zweiten Wagen 26 befestigt, der mittels eines zweiten Schrittmotors 27 längs einer zweiten Führungsstange 28 ver fahrbar ist. Die zweite Führungsstange 28 ist an einem dritten Wagen 29 befestigt, der mittels eines dritten Schrittmotors 30 längs einer fest mit der Basisplatte 21 verbundenen dritten Führungsstange 31 verstellbar ist. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß die Führungsstangen 25, 28, 31 parallel zu den Achsen X, Y, Z eines rechtwinkligen Koordinatensystems verlau fen, wobei die Achsen X, Y, Z den Achsen x, y, z des auf den Computertomographen 2 bezogenen rechtwinkligen Koordinaten systems entsprechen. Die Spritzdüse 22 kann also mittels der Steuereinrichtung 17 zur Abgabe eines Volumenelementes von Mo dellwerkstoff, das einem Volumenelement des zu modellierenden Körperteiles mit bestimmten Koordinaten x, y, z entspricht, in eine Position gebracht werden, in der sie die entsprechenden Koordinaten X, Y, Z einnimmt. Die Schrittmotore 24, 27, 30 ste hen übrigens über Steuerleitungen 20 a, 20 b, 20 c mit der Steuer einrichtung 17 in Verbindung.In FIGS. 2 and 3 an embodiment of a model is shown generator. The control device 17 is indicated schematically. The generator device 18 has a base plate 21 and a relative to this three-dimensionally adjustable spray nozzle 22 for dispensing model material. The spray nozzle 22 is attached to a first carriage 23 , the rod 25 can be moved by means of a first stepping motor 24 along a first guide. The first guide rod 25 is attached to a second carriage 26 , which can be moved along a second guide rod 28 by means of a second stepping motor 27 . The second guide rod 28 is fastened to a third carriage 29 which can be adjusted by means of a third stepping motor 30 along a third guide rod 31 which is firmly connected to the base plate 21 . The arrangement is such that the guide rods 25 , 28 , 31 are parallel to the axes X , Y , Z of a right-angled coordinate system, the axes X , Y , Z being the axes x , y , z of the computer tomograph 2 related rectangular coordinate system. The spray nozzle 22 can thus be brought into a position by means of the control device 17 for delivering a volume element of model material, which corresponds to a volume element of the body part to be modeled with specific coordinates x , y , z , in which they correspond to the corresponding coordinates X , Y , Z takes. The stepper motors 24 , 27 , 30 are by the way control lines 20 a , 20 b , 20 c with the control device 17 in connection.
Die Spritzdüse 22 steht über einer flexible Schlauchleitung 32 mit einem Vorratsbehälter 33 in Verbindung, der als Modellwerk stoff einen zähflüssigen, unter der Einwirkung von UV-Licht härtbaren Kunststoff enthält. Um Modellwerkstoff aus dem Vor ratsbehälter 33 durch die Schlauchleitung 32 zu der Spritzdüse 22 transportieren zu können, ist eine Pumpe 34 vorgesehen, die über eine Steuerleitung 20 d mit der Steuereinrichtung 17 in Verbindung steht. Wie aus der Fig. 2 in Verbindung mit der Fig. 3 ersichtlich ist, enthält die Spritzdüse 22 eine UV-Licht quelle 35, die mittels einer flexiblen Leitung 35 a mit einer Spannungsversorgung 36 verbunden ist und dazu dient, von der Spritzdüse 22 abgegebenen Modellwerkstoff zu härten.The spray nozzle 22 is connected via a flexible hose 32 to a storage container 33 which, as a model material, contains a viscous plastic which is curable under the action of UV light. In order to be able to transport model material from the supply container 33 through the hose line 32 to the spray nozzle 22 , a pump 34 is provided which is connected to the control device 17 via a control line 20 d . As can be seen from Fig. 2 in conjunction with FIG. 3, the spray nozzle 22, a UV light source 35, which is connected by a flexible line 35 a to a voltage supply 36 and serves discharged from the spray nozzle 22 model material to harden.
Sind mittels des Computertomographen 2 und der zu diesem ge hörigen elektronischen Recheneinrichtung 9 die der dreidimen sionalen Gestalt des zu modellierenden Körperteiles entspre chenden Daten ermittelt, werden diese der Steuereinrichtung 17 des Modellgenerators 16 zugeführt. Diese betätigt zunächst über die Steuerleitung 20 c den Schrittmotor 30 derart, daß sich die Spritzdüse 22 um ein Maß, das der Dicke einer Modellschicht entspricht, oberhalb der Basisplatte 21 befindet. Die Steuer einrichtung 17 betätigt dann über die Steuerleitungen 20 a, 20 b die Schrittmotore 24, 27 derart, daß diese die Spritzdüse 22 aufeinanderfolgend in Positionen mit den Koordinaten Y, X brin gen, die den Koordinaten der in der z-Richtung ersten Schicht 7 des zu modellierenden Körperteiles enthaltenen Volumenelementen mit den Koordinaten x, y entsprechen. Jedesmal wenn die Spritz düse 22 eine dieser Positionen einnimmt, betätigt die Steuer einrichtung 17 über die Steuerleitung 20 d die Pumpe 34 derart, daß die Spritzdüse eine Menge des Modellwerkstoffes abgibt, die einem Volumenelement des Modells, in Fig. 2 ist stark schemati siert das Modell 37 eines menschlichen Schädels dargestellt, entspricht. Auf diese Weise wird eine in Z-Richtung erste Mo dellschicht erzeugt, die für jedes in der z-Richtung ersten Schicht 7 enthaltenes Volumenelement des zu modellierenden Kör perteiles ein entsprechendes Volumenelement des Modellwerk stoffes aufweist. Danach betätigt die Steuereinrichtung 17 den Schrittmotor 30 derart, daß sich der Abstand zwischen der Spritzdüse 22 und der Basisplatte um das zur Erzeugung in Z-Richtung nächsten Modellschicht entsprechende Maß, das der Schichtdicke der Modellschicht entspricht, vergrößert. Die in Z-Richtung zweite Modellschicht wird dann in der zuvor be schriebenen Weise erzeugt. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis das Modell 37, es handelt sich, wie schematisch angedeutet ist, um das Modell eines Schädelknochens, für sämtliche Volumenele mente des zu modellierenden Körperteiles entsprechende Volumen elemente des Modellwerkstoffes aufweist. Demzufolge stellt das Modell 37 eine exakte Reproduktion des zu modellierenden Schä delknochens dar, das in naturgetreuer Weise auch die Schädel höhle aufweist, die durch spanabhebende Verfahren, z.B. Fräsen, mit vertretbarem Aufwand nicht herstellbar wäre. Die einzelnen Volumenelemente des Modellwerkstoffes, die mittels der UV-Lichtquelle 35 jeweils sofort nach ihrem Austritt aus der Spritzdüse 22 ausgehärtet werden, verbinden sich während dieses Vorganges miteinander, so daß schließlich ein durch Urformen erzeugtes Modell 37 aus dem Modellwerkstoff vorliegt, dessen Volumenelemente im Zuge des Urformens schichtweise miteinander verbunden wurden. Das so erhaltene Modell 37 wird von der Basisplatte 21 getrennt.Are determined by means of the computer tomograph 2 and the ge associated with this electronic computing device 9 corresponding to the three-dimensional shape of the body part to be modeled data, these are supplied to the control device 17 of the model generator 16 . This first actuates the stepper motor 30 via the control line 20 c in such a way that the spray nozzle 22 is located above the base plate 21 by an amount which corresponds to the thickness of a model layer. The control device 17 then operates via the control lines 20 a , 20 b, the stepping motors 24 , 27 such that these bring the spray nozzle 22 in succession into positions with the coordinates Y , X , which are the coordinates of the first layer 7 in the z direction correspond to the volume elements contained in the body part to be modeled with the coordinates x , y . Each time the spray nozzle 22 occupies one of these positions, the control device 17 actuates the control line 20 d the pump 34 in such a way that the spray nozzle emits an amount of the model material, which is a volume element of the model, in FIG Model 37 of a human skull shown corresponds. In this way, a first model layer is created in the Z direction, which has a corresponding volume element of the model material for each volume element contained in the z direction first layer 7 of the body part to be modeled. Thereafter, the control device 17 actuates the stepping motor 30 in such a way that the distance between the spray nozzle 22 and the base plate increases by the amount corresponding to the model layer next to the Z direction, which corresponds to the layer thickness of the model layer. The second model layer in the Z direction is then generated in the manner previously described. This process is repeated until the model 37 , as indicated schematically, is the model of a skull bone, for all of the volume elements of the body part to be modeled has corresponding volume elements of the model material. Accordingly, the model 37 represents an exact reproduction of the skull bone to be modeled, which also has the skull cavity in a lifelike manner, which would not be producible with reasonable effort by machining processes, such as milling. The individual volume elements of the model material, which are cured by means of the UV light source 35 immediately after they emerge from the spray nozzle 22 , combine with one another during this process, so that finally a model 37 produced by master shaping is present from the model material, the volume elements of which are present of the original form were connected in layers. The model 37 thus obtained is separated from the base plate 21 .
In der Fig. 4 ist eine Variante eines Modellgenerators darge stellt. Dieser Modellgenerator 16 a weist wieder eine Steuerein richtung 17 a und eine Generatoreinrichtung 18 a auf. Die Genera toreinrichtung 18 a umfaßt ein wannenförmiges Bad 38, welches als Modellwerkstoff einen mittels Licht aushärtbaren polymeren Werkstoff enthält. In dem in dem Bad 38 enthaltenen Modell werkstoff ist eine Plattform 39 angeordnet, die mittels einer mechanischen Einrichtung 40, die mittels eines über eine Steuerleitung 41 a mit der Steuereinrichtung 17 a verbundenen Schrittmotors 42 betätigt ist, in dem Bad 38 relativ zu dessen Spiegel 43 höhenverstellbar ist. Unmittelbar über dem Spiegel 43 des Bades 38 ist eine Lichtquelle 44 vorgesehen. Diese ist an einem ersten Wagen 45 befestigt, der mittels eines Schritt motors 46, der über eine Steuerleitung 41 b mit der Steuerein richtung 17 a in Verbindung steht, längs einer ersten Führungs stange 47 verstellbar. Die erste Führungsstange 47 ist an einem zweiten Wagen 48 angebracht, der mittels eines Schrittmotors 49, der über eine Steuerleitung 41 c mit der Steuereinrichtung 17 a in Verbindung steht, längs einer zweiten Führungsstange 50 verstellbar ist. Die zweite Führungsstange 50 ist mittels Hal terungen 50 a, von denen in Fig. 4 nur eine sichtbar ist, an dem Bad 38 angebracht. Die Führungsstangen 47, 50 sind derart angeordnet, daß die Lichtquelle 44 in einer Ebene verstellbar ist, die parallel zur Ebene des Spiegels 43 des Bades 38 ver läuft. Die Führungsstangen 47, 50 verlaufen parallel zu den Achsen X, Y eines rechtwinkligen Koordinatensystems mit den Achsen X, Y, Z, wobei die Achsen X, Y den Achsen x, y des auf den Computertomographen 2 bezogenen rechtwinkligen Koordinaten systems entsprechen. Die Plattform 39 ist in Richtung der Achse Z des rechtwinkligen Koordinatensystems X, Y, Z verstellbar, wobei die Achse Z der Achse z des auf den Computertomographen 2 bezogenen Koordinatensystems x, y, z entspricht. Mittels der Steuereinrichtung 17 a können also die Lichtquelle 44 und die Plattform 39 in Positionen relativ zueinander gebracht werden, in der die Koordinaten der Lichtquelle 44 bezogen auf die Plattform 39 den Koordinaten eines Volumenelementes des zu modellierenden Körperteiles in dem auf den Computertomographen 2 bezogenen Koordinatensystem x, y, z entsprechen.In FIG. 4 is a variant of a model generator provides Darge. This model generator 16 a again has a Steuerein device 17 a and a generator device 18 a . The Genera gate device 18 a includes a trough-shaped bath 38 , which contains a light-curable polymeric material as a model material. In the model material contained in the bath 38 , a platform 39 is arranged, which by means of a mechanical device 40 , which is actuated by means of a stepper motor 42 connected to the control device 17 a via a control line 41 a , in the bath 38 relative to the mirror 43 thereof is adjustable in height. A light source 44 is provided directly above the mirror 43 of the bath 38 . This is attached to a first carriage 45, which with the Steuerein direction by a stepping motor 46 b through a control line 41 17 a is in communication, along a first guide rod 47 adjustable. The first guide rod 47 is attached to a second carriage 48 , which can be adjusted along a second guide rod 50 by means of a stepping motor 49 , which is connected to the control device 17 a via a control line 41 c . The second guide rod 50 is by means of extensions 50 a , of which only one is visible in FIG. 4, attached to the bath 38 . The guide rods 47 , 50 are arranged such that the light source 44 is adjustable in a plane that runs parallel to the plane of the mirror 43 of the bath 38 ver. The guide rods 47 , 50 run parallel to the axes X , Y of a rectangular coordinate system with the axes X , Y , Z , wherein the axes X , Y correspond to the axes x , y of the rectangular coordinate system related to the computer tomograph 2 . The platform 39 is adjustable in the direction of the axis Z of the right-angled coordinate system X , Y , Z , the axis Z corresponding to the axis z of the coordinate system x , y , z related to the computer tomograph 2 . By means of the control device 17 a , the light source 44 and the platform 39 can thus be brought into positions relative to one another in which the coordinates of the light source 44 with respect to the platform 39 correspond to the coordinates of a volume element of the body part to be modeled in the coordinate system x related to the computer tomograph 2 , y , z correspond.
Die Lichtquelle 44 kann mittels eines über eine Steuerleitung 41 d mittels der Steuereinrichtung 17 a betätigbaren Schalters 51, z.B. eines Relais oder dergleichen, an eine Spannungsver sorgung 52 angeschaltet werden, mit der sie über eine flexible Leitung 53 in Verbindung steht. Das von der Lichtquelle 44 aus gehende Licht ist in einer solchen Weise gebündelt, daß jedes mal, wenn die Lichtquelle 44 aktiviert wird, ein Volumenelement des Modellwerkstoffes bestrahlt und ausgehärtet wird.The light source 44 can by means of a control line 41 d actuated by the control device 17 a switch 51 , for example a relay or the like, be switched to a voltage supply 52 , with which it is connected via a flexible line 53 . The light emanating from the light source 44 is bundled in such a way that a volume element of the model material is irradiated and cured each time the light source 44 is activated.
Zur Erzeugung eines Modells wird so vorgegangen, daß die Steu ereinrichtung 17 a den Schrittmotor 42 zunächst derart betätigt, daß die Plattform 39 eine Position einnimmt, in der sie sich um ein Maß, das der Dicke einer Modellschicht entspricht, unter halb des Spiegels 43 des Bades 38 befindet. Zur Erzeugung der in Z-Richtung ersten Modellschicht betätigt dann die Steuerein richtung 17 a die Schrittmotore 46, 49 derart, daß die Licht quelle 44 aufeinanderfolgend in Positionen mit den Koordinaten X, Y gebracht wird, die den Koordinaten x, y der in der z-Rich tung ersten Schicht enthaltenen Volumenelemente des zu model lierenden Körperteiles entsprechen. Jedesmal wenn die Licht quelle 44 eine solche Position einnimmt, wird sie durch Betäti gen des Schalters 51 mittels der Steuereinrichtung 17 a zur Ab gabe von Licht aktiviert, wodurch eine einem Volumenelement des Modellwerkstoffes entsprechende Menge des in dem Bad 38 befind lichen Modellwerkstoffes ausgehärtet wird. Dabei verbinden sich benachbarte Volumenelemente miteinander. Sind auf diese Weise sämtliche Volumenelemente der in Z-Richtung ersten Modell schicht erzeugt, betätigt die Steuereinrichtung 17 a den Schrittmotor 42 derart, daß die Plattform 39 in Z-Richtung um ein Maß abgesenkt wird, das der Schichtdicke einer Modell schicht entspricht. Zur Erzeugung der zweiten Modellschicht wird dann entsprechend verfahren. Die beschriebenen Vorgänge wiederholen sich zur Erzeugung aller weiteren Modellschichten, wobei sich die Volumenelemente benachbarter Modellschichten miteinander verbinden, bis schließlich ein durch Urformen er zeugtes Modell vorliegt, das für jedes Volumenelement des zu modellierenden Körperteiles ein entsprechendes Volumenelement des Modellwerkstoffes enthält und dessen Volumenelemente und Modellschichten im Zuge des Urformens miteinander verbunden wurden.To generate a model, the procedure is such that the control device 17 a first actuates the stepper motor 42 in such a way that the platform 39 assumes a position in which it is a measure that corresponds to the thickness of a model layer below half of the mirror 43 of the Bades 38 is located. For generating the first in the Z direction Model layer then actuates the Steuerein direction 17 a, the stepping motors 46, 49 such that the light source 44 is brought successively into positions with coordinates X, Y, the x coordinates, y in the z -Direct first layer contained volume elements of the body part to be modeled correspond. Each time the light source 44 occupies such a position, it is activated by actuating the switch 51 by means of the control device 17 a for emitting light, whereby a volume element of the model material corresponding amount of the model material located in the bath 38 is cured. Adjacent volume elements connect to each other. Are generated in this way, all volume elements of the first in the Z direction model layer, 17 is actuated, the control device a stepper motor 42 such that the platform is lowered by an amount in Z direction 39, which corresponds to layer the layer thickness of a model. A corresponding procedure is then used to generate the second model layer. The processes described are repeated for the generation of all further model layers, the volume elements of adjacent model layers connecting to one another until finally a model created by master forms is obtained which contains a corresponding volume element of the model material for each volume element of the body part to be modeled and its volume elements and model layers in the In the course of the original shaping.
In Fig. 4 sind zwei Modellschichten 54 a, 54 b eines nur teilwei se fertiggestellten Modells 54 angedeutet. In Fig. 4, two model layers 54 a , 54 b of a model 54 only partially completed are indicated.
Vorzugsweise findet bei dem Modellgenerator 16 a ein polymerer Werkstoff Verwendung, der mittels UV-Licht aushärtbar ist. Bei der Lichtquelle 44 handelt es sich dann um eine UV-Lichtquelle. Sofern die Generatoreinrichtung 18 a lichtdicht gekapselt ist, kann aber auch ein polymerer Werkstoff Verwendung finden, der unter der Einwirkung von sichtbarem Licht aushärtet.Preferably takes place in the model generator 16 a using a polymeric material which is curable by UV light. The light source 44 is then a UV light source. If the generator device 18 a is encapsulated in a light-tight manner, a polymeric material can also be used which hardens under the action of visible light.
Claims (10)
- a) mittels eines Schnittbildgerätes (2) werden Schnittbilder einer Anzahl von durch den Körper des Lebewesens (1) ver laufender, das Körperteil enthaltender Schichten (7) ange fertigt, indem für Volumenelemente der Schichten (7) der Wert einer für unterschiedliche Körperteile des Lebewesens (1) unterschiedlichen charakteristischen physikalischen Größe und die Koordinaten der Volumenelemente in bezug auf ein festes Koordinatensystem (x, y, z) ermittelt werden,
- b) aus den Koordinaten (x, y, z) der in den Schnittbildern ent haltenen Volumenelemente und den diesen zugeordneten Werten der charakteristischen physikalischen Größe werden der drei dimensionalen Gestalt des Körperteiles entsprechende Daten ermittelt, indem durch Vergleich der Werte der charakte ristischen physikalischen Größe der einzelnen Volumenelemen te der Schichten mit wenigstens einem das Körperteil kenn zeichnenden Kennwert der charakteristischen physikalischen Größe diejenigen Volumenelemente identifiziert werden, die Volumenelemente des Körperteiles sind, und
- c) die der dreidimensionalen Gestalt des Körperteiles entspre chenden Daten werden einem Modellgenerator (16; 16 a) zuge führt, mittels dessen anhand der Daten unter Berücksichti gung eines gewählten Maßstabes das Modell (37; 54) durch Urformen aus einem Modellwerkstoff derart erzeugt wird, daß das Modell (37; 54) für jedes Volumenelement des Körpertei les ein entsprechendes Volumenelement des Modellwerkstoffes aufweist.
- a) by means of a sectional image device ( 2 ) sectional images of a number of ver through the body of the living being ( 1 ) running, the body part containing layers ( 7 ) is made by for volume elements of the layers ( 7 ) the value of one for different body parts of the living being ( 1 ) different characteristic physical size and the coordinates of the volume elements are determined in relation to a fixed coordinate system ( x , y , z ),
- b) from the coordinates ( x , y , z ) of the volume elements contained in the sectional images and the values of the characteristic physical size assigned to them, data corresponding to the three-dimensional shape of the body part are determined by comparing the values of the characteristic physical size of the individual volume elements of the layers are identified with at least one characteristic value of the characteristic physical quantity that characterizes the body part, those volume elements that are volume elements of the body part, and
- c) the data corresponding to the three-dimensional shape of the body part are fed to a model generator ( 16 ; 16 a ), by means of which the model ( 37 ; 54 ) is generated by means of the data, taking into account a selected scale, by means of master forms from a model material, that the model ( 37 ; 54 ) has a corresponding volume element of the model material for each volume element of the body part.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3933142A DE3933142A1 (en) | 1988-10-17 | 1989-10-03 | producing scale model of part of body - computer converts patterns of X=rays through sections of body into three-dimensional model which includes voids and undercuts in its profile |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE8800639 | 1988-10-17 | ||
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3933142A1 true DE3933142A1 (en) | 1990-04-19 |
Family
ID=25885822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE3933142A Withdrawn DE3933142A1 (en) | 1988-10-17 | 1989-10-03 | producing scale model of part of body - computer converts patterns of X=rays through sections of body into three-dimensional model which includes voids and undercuts in its profile |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3933142A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19532569A1 (en) * | 1995-09-04 | 1997-03-06 | Thull Roger | Material for implants, instruments or the like for use in magnetic resonance imaging |
| WO2005007390A1 (en) * | 2003-07-14 | 2005-01-27 | Therics, Inc. | Three-dimensional printing apparatus and methods of manufacture including sterilization or disinfection, for example, using ultraviolet light |
| DE10341187A1 (en) * | 2003-09-06 | 2005-03-31 | Bernhard Linnekogel | Human or animal artificial bone or cartilage joint substitute production procedure uses three dimensional virtual computer model from infrared or tomography imaging |
-
1989
- 1989-10-03 DE DE3933142A patent/DE3933142A1/en not_active Withdrawn
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| US7445441B2 (en) | 2003-07-14 | 2008-11-04 | Therics, Llc | Three-dimensional printing apparatus and methods of manufacture including sterilization or disinfection, for example, using ultraviolet light |
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