CN106362309A - 一种定制肿瘤放射治疗挡板的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种定制肿瘤放射治疗挡板的方法，包括以下步骤：步骤1、通过医学影像获得肿瘤区域的医学影像；步骤2、利用所获取得影像数据进行逆向处理，获得肿瘤的三维模型；步骤3、将得到的肿瘤三维模型导入到三维软件中，根据肿瘤三维模型制作出肿瘤放射治疗挡板的三维模型；步骤4、用3D雕刻机加工，得到肿瘤放射治疗挡板。一种定制肿瘤放射治疗挡板的方法，结合医学影像数据来确定射野方向肿瘤的形态数据，提高了放疗区域的准确性。挡板射野区域内对应位置处的形态、厚度和肿瘤相应位置相匹配，减弱或阻挡相应部位射线穿透数量，确保在一定的放射治疗的时间内给予肿瘤相应位置对应致死量的射线强度，避免了对人体正常细胞的过度伤害。

Description

一种定制肿瘤放射治疗挡板的方法

技术领域

本发明属于放射治疗肿瘤技术领域，具体涉及一种定制肿瘤放射治疗挡板的方法。

背景技术

放射治疗作为癌症治疗的常见手段之一，是利用各种不同能量的放射线照射肿瘤，以抑制和杀灭癌细胞的一种局部治疗方法。但是放射治疗的也会产生各种副作用，尤其是进行治疗时射线除了照射到癌细胞外也会照射到癌细胞周边的正常细胞上，从而对人体造成额外的伤害。于是有了挡铅技术，挡铅技术是一门应用在电子放射治疗中的技术。在加速器高能电子束治疗时，一般会根据病变部位的形状或保护重要器官等治疗的需要，在规则射野中附加铅块形成不规则射野。挡块的主要目的是将规则射野变成不规则射野，以使射野形状与靶区形状的投影一致，或是为了保护射野内某一重要组织或器官。

在以往的放射治疗中，挡块材料是由纯铅制成。由于铅的熔点比较高(熔点为327℃)，导致采用纯铅作为挡块材料的制作较困难，一般只作为射野标准挡块使用，不易对每个患者制作特定形状的铅块。为了解决上述的问题，现在国内外临床放疗使用挡块材料一般是加入了其它金属制成的熔点较低的含铅合金，即低熔点铅。

虽然目前的放射治疗中，有铅板对非放疗区域进行遮挡，但是并没有根据肿瘤的具体形态厚度等局部特征对应给予相应治疗当量的射线，而是向肿瘤区域发射同等当量的射线进行放射治疗，这就会使的在放疗时肿瘤厚度较薄区域的正常细胞会有较大程度的被杀害，而且肿瘤区域不同部位的放疗效果也不经相同，对于肿瘤薄弱区域的过量放射却难以避免。因此现在急需一种依据肿瘤形状特征而制作的放射治疗挡板来减少放射治疗对人体局部位置细胞的伤害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种定制肿瘤放射治疗挡板的方法，采用该方法定制的放射治疗挡板能减少放射治疗对人体局部位置细胞的伤害。

本发明所采用的技术方案是：一种定制肿瘤放射治疗挡板的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、通过医学影像获得患者肿瘤区域的医学影像数据；

步骤2、利用所获取得影像数据进行逆向处理，获得肿瘤的三维模型；

步骤3、将得到的肿瘤三维模型导入到三维软件中，根据肿瘤三维模型制作出肿瘤放射治疗挡板的三维模型；

步骤4、将肿瘤放射治疗挡板的三维模型用3D雕刻机加工，得到肿瘤放射治疗挡板。

本发明的特点还在于，

步骤1中利用X线摄影、CT扫描或核磁共振获得患者肿瘤区域的医学影像数据。

步骤3具体为：

步骤3.1、将得到的肿瘤三维模型导入到三维软件中，在肿瘤三维模型上建立与放疗方向相垂直的参考平面，该平面与肿瘤三维模型之间相对位置关系固定，通过增加约束调整肿瘤三维模型上的参考平面，使肿瘤三维模型上的参考平面与三维软件中X_Y基准平面相平行，然后将肿瘤三维模型保存为obj格式；

步骤3.2、将得到的obj文件，导入到点云库中，提取肿瘤边界坐标数据，并保存为txt文件；

步骤3.3、利用MABLAB读取肿瘤边界坐标数据集合A，A用公式(1)表示，

A＝[x_i，y_i，z_i] (1)

公式(1)中，x_i，y_i，z_i为肿瘤边界坐标值；

则在参考平面上，肿瘤边界点在参考平面投影相重合的两个点的坐标用点B和B′，用公式(2)和(3)分别表示，

B＝[x_i，y_i，z_i] (2)

B′＝[x_i,y_i,z_j] (3)

其中B和B′点都是集合A内的坐标点；

通过A得到肿瘤放疗方向的厚度坐标分布集合H即肿瘤的厚度分布数据，用公式(4)表示；

H＝[x_i，y_i，h_i] (4)

公式(4)h表示肿瘤的厚度值，h通过公式(5)获得；

h_i＝|z_i-z_j| (5)

肿瘤厚度为h则射线治疗强度g与h函数关系为g＝G(h)；

放疗挡板厚度d，放射强度为F，则穿透射线强度f与d函数关系为公式(6)；

$f=F\left(\frac{F}{d}\right)---\left(6\right)$

公式(6)中d表示挡板的厚度；

放疗挡板厚度d与穿透射线强度f的函数关系为公式(7)：

$d=\frac{F}{F^{-1}\left(f\right)}---\left(7\right)$

公式(7)中，F为放射强度，f为穿透射线强度，

射线治疗强度g_i等于挡板穿透射线强度f_i即g_i＝f_i；

则通过公式(8)得到肿瘤厚度与挡板厚度的函数关系：

$d=\frac{F}{F^{-1}\left(f\right)}=\frac{F}{F^{-1}\left(g\right)}=\frac{F}{F^{-1}\left(G\right(h\left)\right)}---\left(8\right)$

根据所得的肿瘤厚度分布数据经过公式(9)计算得到挡板的厚度分布数据用D表示：

$D=\[x_i,y_i,d_i\]=\[x_i,y_i,\frac{F}{F^{-1}\left(G\right(h_i\left)\right)}\]---\left(9\right)$

对厚度数据D加封底数据[x_i，y_i，0]，得到封闭挡板的坐标集合E，用公式(10)表示，

将得到的挡板厚度分布坐标数据E保存为txt文件；

步骤3.4、打开三维软件，通过逆向插件选择点云格式打开txt文件，生成的是一个点云文件，然后对点云文件进行网格处理向导进行网格化处理，网格化完成后生成曲面生成实体模型；

步骤3.5、然后对生成的放疗挡板模型进行破面修饰处理，制作出肿瘤放射治疗挡板的三维模型。

本发明的有益效果是：一种定制肿瘤放射治疗挡板的方法，利用医学影像技术，准确获取人体肿瘤区域图像数据，制作出符合肿瘤形态特征的放疗挡板，从而确保在一定的放射治疗的时间内给予肿瘤相应位置对应致死量的射线强度，有效的避免了对人体正常细胞的伤害，降低了放射治疗的副作用以及患者的痛苦。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种定制肿瘤放射治疗挡板的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、利用X线摄影、CT扫描或核磁共振获得患者肿瘤区域的医学影像数据；

步骤2、利用所获取得影像数据进行逆向处理，获得肿瘤的三维模型；

步骤3、将得到的肿瘤三维模型导入到三维软件中，根据肿瘤三维模型制作出肿瘤放射治疗挡板的三维模型；步骤3具体为：

步骤3.1、将得到的肿瘤三维模型导入到三维软件中，在肿瘤三维模型上建立与放疗方向相垂直的参考平面，该平面与肿瘤三维模型之间相对位置关系固定，通过增加约束调整肿瘤三维模型上的参考平面，使肿瘤三维模型上的参考平面均与三维软件中X_Y基准平面相平行，然后将肿瘤三维模型保存为obj格式；

步骤3.2、将得到的obj文件，导入到点云库中，提取肿瘤边界坐标数据，并保存为txt文件；

步骤3.3、利用MABLAB读取肿瘤边界坐标数据集合A，A用公式(1)表示，

A＝[x_i，y_i，z_i] (1)

公式(1)中，x_i，y_i，z_i为肿瘤边界坐标值；

则在参考平面上，肿瘤边界点在参考平面投影相重合的两个点的坐标用点B和B′，用公式(2)和(3)分别表示，

B＝[x_i，y_i，z_i] (2)

B′＝[x_i,y_i,z_j] (3)

其中B和B′点都是集合A内的坐标点；

通过A得到肿瘤放疗方向的厚度坐标分布集合H即肿瘤的厚度分布数据，用公式(4)表示；

H＝[x_i，y_i，h_i] (4)

公式(4)h表示肿瘤的厚度值，h通过公式(5)获得；

h_i＝|z_i-z_j| (5)

肿瘤厚度为h则射线治疗强度g与h函数关系为g＝G(h)；

放疗挡板厚度d，放射强度为F，则穿透射线强度f与d函数关系为公式(6)；

$f=F\left(\frac{F}{d}\right)---\left(6\right)$

公式(6)中d表示挡板的厚度；

放疗挡板厚度d与穿透射线强度f的函数关系为公式(7)：

$d=\frac{F}{F^{-1}\left(f\right)}---\left(7\right)$

公式(7)中，F为放射强度，f为穿透射线强度，

射线治疗强度g_i等于挡板穿透射线强度f_i即g_i＝f_i；

则通过公式(8)得到肿瘤厚度与挡板厚度的函数关系：

$d=\frac{F}{F^{-1}\left(f\right)}=\frac{F}{F^{-1}\left(g\right)}=\frac{F}{F^{-1}\left(G\right(h\left)\right)}---\left(8\right)$

根据所得的肿瘤厚度分布数据经过公式(9)计算得到挡板的厚度分布数据用D表示：

$D=\[x_i{y}_i,d_i\]=\[x_i,y_i,\frac{F}{F^{-1}\left(G\right(h_i\left)\right)}\]---\left(9\right)$

对厚度数据D加封底数据[x_i，y_i，0]，得到封闭挡板的坐标集合E，用公式(10)表示，

将得到的挡板厚度分布坐标数据E保存为txt文件；

步骤3.4、打开三维软件，通过逆向插件选择点云格式打开txt文件，生成的是一个点云文件，然后对点云文件进行网格处理向导进行网格化处理，网格化完成后生成曲面生成实体模型；

步骤3.5、然后对生成的放疗挡板模型进行破面修饰处理，制作出肿瘤放射治疗挡板的三维模型；

步骤4、将肿瘤放射治疗挡板的三维模型用3D雕刻机加工，得到肿瘤放射治疗挡板。

本发明的一种定制肿瘤放射治疗挡板的方法，结合医学影像数据来确定射野方向肿瘤的形态数据，提高了放疗区域的准确性。同时依据射野方向肿瘤厚度分布数据以及射线对遮挡物的穿透率等数据，通过MATLAB进行一系列的运算得到挡板厚度分析点云数据，运用三维设计软件逆向处理插件，得到放疗挡板的三维模型，使得挡板射野区域内对应位置处的形态、厚度和肿瘤相应位置相匹配，以此来减弱或阻挡相应部位射线穿透数量，确保在一定的放射治疗的时间内给予肿瘤相应位置对应致死量的射线强度，有效的避免了对人体正常细胞的过度伤害。

Claims (3)

1.一种定制肿瘤放射治疗挡板的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、通过医学影像获得患者肿瘤区域的医学影像数据；

步骤2、利用所获取得影像数据进行逆向处理，获得肿瘤的三维模型；

步骤3、将得到的肿瘤三维模型导入到三维软件中，根据肿瘤三维模型制作出肿瘤放射治疗挡板的三维模型；

步骤4、将肿瘤放射治疗挡板的三维模型用3D雕刻机加工，得到肿瘤放射治疗挡板。

2.如权利要求1所述的一种定制肿瘤放射治疗挡板的方法，其特征在于，所述步骤1具体为：步骤1中利用X线摄影、CT扫描或核磁共振获得患者肿瘤区域的医学影像数据。

3.如权利要求1所述的一种定制肿瘤放射治疗挡板的方法，其特征在于，所述步骤3具体为：

步骤3.1、将得到的肿瘤三维模型导入到三维软件中，在肿瘤三维模型上建立与放疗方向相垂直的参考平面，该平面与肿瘤三维模型之间相对位置关系固定，通过增加约束调整肿瘤三维模型上的参考平面，使肿瘤三维模型上的参考平面与三维软件中X_Y基准平面相平行，然后将肿瘤三维模型保存为obj格式；

步骤3.2、将得到的obj文件，导入到点云库中，提取肿瘤边界坐标数据，并保存为txt文件；

步骤3.3、利用MABLAB读取肿瘤边界坐标数据集合A，A用公式(1)表示，

A＝[x_i，y_i，z_i] (1)

公式(1)中，x_i，y_i，z_i为肿瘤边界坐标值；

则在参考平面上，肿瘤边界点在参考平面投影相重合的两个点的坐标用点B和B′，用公式(2)和(3)分别表示，

B＝[x_i，y_i，z_i] (2)

B′＝[x_i,y_i,z_j] (3)

其中B和B′点都是集合A内的坐标点；

通过A得到肿瘤放疗方向的厚度坐标分布集合H即肿瘤的厚度分布数据，用公式(4)表示；

H＝[x_i，y_i，h_i] (4)

公式(4)h表示肿瘤的厚度值，h通过公式(5)获得；

h_i＝|z_i-z_j| (5)

肿瘤厚度为h则射线治疗强度g与h函数关系为g＝G(h)；

放疗挡板厚度d，放射强度为F，则穿透射线强度f与d函数关系为公式(6)；

$f=F\left(\frac{F}{d}\right)---\left(6\right)$

公式(6)中d表示挡板的厚度；

放疗挡板厚度d与穿透射线强度f的函数关系为公式(7)：

$d=\frac{F}{F^{-1}\left(f\right)}---\left(7\right)$

公式(7)中，F为放射强度，f为穿透射线强度，

射线治疗强度g_i等于挡板穿透射线强度f_i即g_i＝f_i；

则通过公式(8)得到肿瘤厚度与挡板厚度的函数关系：

$d=\frac{F}{F^{-1}\left(f\right)}=\frac{F}{F^{-1}\left(g\right)}=\frac{F}{F^{-1}\left(G\right(h\left)\right)}---\left(8\right)$

根据所得的肿瘤厚度分布数据经过公式(9)计算得到挡板的厚度分布数据用D表示：

$D=\[x_i,y_i,d_i\]=\[x_i,y_i,\frac{F}{F^{-1}\left(G\right(h_i\left)\right)}\]---\left(9\right)$

对厚度数据D加封底数据[x_i，y_i，0]，得到封闭挡板的坐标集合E，用公式(10)表示，

将得到的挡板厚度分布坐标数据E保存为txt文件；

步骤3.4、打开三维软件，通过逆向插件选择点云格式打开txt文件，生成的是一个点云文件，然后对点云文件进行网格处理向导进行网格化处理，网格化完成后生成曲面生成实体模型；

步骤3.5、然后对生成的放疗挡板模型进行破面修饰处理，制作出肿瘤放射治疗挡板的三维模型。