CN106228884A - 一种个体化放射治疗剂量验证仿真体模 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种个体化放射治疗剂量验证仿真体模，它涉及放射治疗剂量验证技术领域；它具体实现方法为：步骤一：个体患者CT定位数据获取；步骤二：医学容积软件快速建模；步骤三：辐射剂量探测器选择及对应空腔或孔道的设计；步骤四：不同组织3D打印材料筛选；步骤五：机械加工数据模型的建立；步骤六：3D打印机打印分区断层；步骤七：个体化辐射剂量验证仿真体模的整体装配；本发明便于实现个体数据的快速建模、打印与个体化辐射剂量验证，能实现个体化辐射剂量验证仿真体模。

Description

一种个体化放射治疗剂量验证仿真体模

技术领域：

本发明涉及一种个体化放射治疗剂量验证仿真体模，属于放射治疗剂量验证技术领域。

背景技术：

x射线发现一百多年以来，其已经广泛的应用于疾病的诊断和治疗；而其中最常见的在疾病治疗应用技术就是放射治疗。

随着电子计算机技术和工程技术的发展，放疗治疗技术已由传统的放疗发展为以IMRT、IGRT、SBRT为代表的精确放疗，可以更好的实施放射治疗的原则，即给予肿瘤组织尽可能高的剂量，给正常组织尽可能低的剂量；以达到良好的治疗疗效和更少的放疗副反应。尽管这些精确放疗技术带来了剂量分布上的优势，但同时也使剂量的分布的不确定性增加，并且对靶点定位，放射治疗计划的计算精度，放射治疗过程中的定位精度，放射治疗的装置的施放精度，和人体正常组织的保护提出了更高的要求，其不仅要求验证肿瘤靶体剂量，也要求检测邻近区域正常组织的剂量以及紧要器官的剂量。

在不能用真人和其他方法替代这种剂量检测和验证的情况下，仿真辐射人体模型(Anthropomorphic Phantom)作为射线的稳定受体，体现了其在放射治疗剂量验证中的独特价值。

仿真辐射体模是指按人体参数设计，用与人体组织具有相同或相近散射和吸收系数的材料制成的，具有骨骼、肌肉及脏器的人体模型；它具有外部形态相似性、组织材料辐射等效性、内部结构仿真性、辐射剂量可测试性四大特点。早期人们提出用天然物质如铝箔、高岭土、石蜡等物质来代替人体组织进行粗略的辐射剂量估计，到上世纪中期，人工合成的高聚物被作为组织辐射等效材料开始应用辐射剂量估计。我国于上世纪80年代初开始仿真辐照体模及组织辐射等效材料的研究，四川大学林大全教授先后研制成功了中国首具成人男性仿真辐照体模、中国女性盆腔仿真辐照体模、中国女性乳腺仿真辐照体模、中国调强治疗仿真辐照体模等。随后国外的一些公司如CIRS公司也开发出了不同年龄及体型大小的人体仿真辐射体模，用于研究器官受量，全身的有效剂量以及验证放射治疗剂量。

尽管这些辐射仿真体模可以用来验证放射治疗剂量，且具有人体轮廓及辐射仿真等特点，但是这些都是标准化的模体，其外观轮廓和物理属性固定化的模体很难与每个个体患者在物理尺寸大小、物理密度、电子密度、脏器空间位置完全一致，因此这些缺陷均会影响到放射治疗剂量验证的准确性，使其无法满足个体化放疗剂量验证的需求；且这种辐射仿真体模价格昂贵、制作非常麻烦、耗时。

目前国内外并没有关于个体化的辐射剂量仿真验证模型的报道。本发明通过患者的定位CT dicom数据来进行快速建模，利用低成本的且符合人体不同组织辐射等效特性的3D打印材料(ABS)通过3D打印机来快速打印个体患者的放射治疗辐射剂量验证模型，用于个体患者的个体辐射剂量定量分析及验证。

发明内容：

针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种个体化放射治疗剂量验证仿真体模。

本发明的一种个体化放射治疗剂量验证仿真体模，它的具体实现方法为：

步骤一：个体患者CT定位数据获取：用热塑模及真空垫固定病人，并作好定位标记，然后进行CT模拟定位扫描，进而获取个体患者的CT dicom图像数据；

步骤二：医学容积软件快速建模：将个体患者的CT定位dicom数据导入医学容积软件中，进行各部位、各种组织及病灶的快速三维建模，再将三维模型进行分区断层，并在不同部位的断层块上预留数个放置辐射剂量探测器的空腔或者孔道和剂量胶片的测试压缝，以及设计符合人体组织特性的且利于装配的插件；

步骤三：辐射剂量探测器选择及空腔或孔道：病灶靶点剂量的测量采用电离室来测量绝对剂量，采用同心圆测试孔；并在以靶点为中心的xy轴上间隔布点，预留半导体或热释光测试孔；以期获得线束中心以及边缘的剂量分布信息；

(3.1)、对于邻近的较小的紧要器官剂量测定采用了器官中心布点法，对于较大的器官采用方格布点和同心圆布点，均采用半导体或热释光探测器来测量辐射剂量；并计算算数平均值，使测量结果具有空间代表性和数值代表性；

(3.2)、对于脊髓辐射剂量的测量需预置电离室同心圆测试孔，来测量脊髓的绝对剂量；

(3.3)、在体模断层面剂量测量中，在缝隙中放置剂量胶片，通过胶片灰度级别测量进行射野形状和三维空间剂量分析；

步骤四：不同组织3D打印材料筛选：利用不同百分比的ABS材料，结合不同的打印参数来模拟骨、肌肉组织、肺组织、脑组织及病灶结构的辐射仿真属性；其中，骨头采用5％的碳酸钙+90％树脂ABS,肌肉组织采用30％-50％树脂ABS，肺组织采用10％树脂ABS，脑组织30％-50％树脂ABS，病灶采用90％树脂ABS。

步骤五：机械加工数据模型的建立：利用定位CT的dicom数据通过建模软件生成建模软件和3D打印机之间相互协作的机械加工数据模型；

步骤六：3D打印机打印分区断层：3D打印机通过读取机械加工数据模型中的断层信息，用符合人体不同组织特性的ABS材料采用3D打印技术这些断层模块逐层地打印出来；

步骤七：个体化辐射剂量验证仿真体模的整体装配：将各3D打印断层模块利用设计插件及各种辐射剂量探测器快速完成个体化辐射剂量验证体模的整体装配，该实体即为个体化辐射剂量验证仿真体模。

本发明的有益效果为：便于快速低成本的打印个体化辐射剂量验证仿真体模，来实现个体化辐射剂量验证的需求。

附图说明：

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式：

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1所示，本具体实施方式采用以下技术方案：利用个体患者的CT定位dicom图像数据，进行医学容积的快速建模，重建各种部位、组织及病灶的位置和大小，通过3D打印机材料特性进行参数选择，针对不同X线吸收系数的组织选定对应辐射仿真材料；利用3D打印的快速熔融、光敏成型技术，快速制作用于仿生组织辐射场分析的个性化辐射剂量仿真体模，用于个体患者的个体辐射剂量定量分析及验证。

它的实现方法为：

步骤一：个体患者CT定位数据获取：用热塑模及真空垫固定病人，并作好定位标记，然后进行CT模拟定位扫描，进而获取个体患者的CT dicom图像数据；

步骤二：医学容积软件快速建模：将个体患者的CT定位dicom数据导入医学容积软件中，进行各部位、各种组织及病灶的快速三维建模，再将三维模型进行分区断层，并在不同部位的断层块上预留一定数量的放置辐射剂量探测器(电离室、热释光、半导体)的空腔或者孔道和剂量胶片的测试压缝，以及设计符合人体组织特性的且利于装配的插件，用于防止层块间的间隙或空腔，避免散射线和漏射线对测量的干扰；

步骤三：辐射剂量探测器选择及空腔或孔道：病灶靶点剂量的测量采用电离室来测量绝对剂量，设计用同心圆测试孔；并在以靶点为中心的xy轴上间隔布点，预留半导体或热释光测试孔；以期获得线束中心以及边缘更多的剂量分布信息。

对于邻近的较小的紧要器官剂量测定采用了器官中心布点法，对于较大的器官采用方格布点和同心圆布点，均采用半导体或热释光探测器来测量辐射剂量；并计算算数平均值，使测量结果具有空间代表性和数值代表性。

对于脊髓辐射剂量的测量需预置电离室同心圆测试孔，来测量脊髓的绝对剂量。

在体模断层面剂量测量中，在缝隙中放置剂量胶片，通过胶片灰度级别测量进行射野形状和三维空间剂量分析。

步骤四：不同组织3D打印材料筛选：利用不同百分比的ABS材料，结合不同的打印参数来模拟骨、肌肉组织、肺组织、脑组织及病灶等结构的辐射仿真属性；其中，骨头采用5％的碳酸钙+90％树脂ABS,肌肉组织采用30％-50％树脂ABS，肺组织采用10％树脂ABS，脑组织30％-50％树脂ABS，病灶采用90％树脂ABS。

步骤五：机械加工数据模型的建立：利用定位CT的dicom数据通过建模软件生成建模软件和3D打印机之间相互协作的机械加工数据模型。

步骤六：3D打印机打印分区断层：3D打印机通过读取机械加工数据模型中的断层信息，用符合人体不同组织特性的ABS材料采用3D打印技术如快速熔融、光敏成型技术等技术将这些断层模块逐层地打印出来；

步骤七：个体化辐射剂量验证仿真体模的整体装配：将各3D打印断层模块利用设计插件及各种辐射剂量探测器快速完成个体化辐射剂量验证体模的整体装配，该实体即为个体化辐射剂量验证仿真体模。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种个体化放射治疗剂量验证仿真体模，其特征在于：它具体实现方法为：

步骤一：个体患者CT定位数据获取：用热塑模及真空垫固定病人，并作好定位标记，然后进行CT模拟定位扫描，进而获取个体患者的CTdicom图像数据；

步骤二：医学容积软件快速建模：将个体患者的CT定位dicom数据导入医学容积软件中，进行各部位、各种组织及病灶的快速三维建模，再将三维模型进行分区断层，并在不同部位的断层块上预留数个放置辐射剂量探测器的空腔或者孔道和剂量胶片的测试压缝，以及设计符合人体组织特性的且利于装配的插件；

步骤三：辐射剂量探测器选择及空腔或孔道：病灶靶点剂量的测量采用电离室来测量绝对剂量，采用同心圆测试孔；并在以靶点为中心的xy轴上间隔布点，预留半导体或热释光测试孔；以期获得线束中心以及边缘的剂量分布信息；

(3.1)、对于邻近的较小的紧要器官剂量测定采用了器官中心布点法，对于较大的器官采用方格布点和同心圆布点，均采用半导体或热释光探测器来测量辐射剂量；并计算算数平均值，使测量结果具有空间代表性和数值代表性；

(3.2)、对于脊髓辐射剂量的测量需预置电离室同心圆测试孔，来测量脊髓的绝对剂量；

(3.3)、在体模断层面剂量测量中，在缝隙中放置剂量胶片，通过胶片灰度级别测量进行射野形状和三维空间剂量分析；

步骤四：不同组织3D打印材料筛选：利用不同百分比的ABS材料，结合不同的打印参数来模拟骨、肌肉组织、肺组织、脑组织及病灶结构的辐射仿真属性；其中，骨头采用5％的碳酸钙+90％树脂ABS,肌肉组织采用30％-50％树脂ABS，肺组织采用10％树脂ABS，脑组织30％-50％树脂ABS，病灶采用90％树脂ABS；

步骤五：机械加工数据模型的建立：利用定位CT的dicom数据通过建模软件生成建模软件和3D打印机之间相互协作的机械加工数据模型；

步骤六：3D打印机打印分区断层：3D打印机通过读取机械加工模型中的断层信息，用符合人体不同组织特性的ABS材料采用3D打印技术将这些断层模块逐层地打印出来；

步骤七：个体化辐射剂量验证仿真体模的整体装配：将各3D打印断层模块利用设计插件及各种辐射剂量探测器快速完成个体化辐射剂量验证体模的整体装配，该实体即为个体化辐射剂量验证仿真体模。