CN109035382A - 一种用于靶向治疗的导向装置的制作方法 - Google Patents

一种用于靶向治疗的导向装置的制作方法 Download PDF

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刘雨轩
张新建
金国光
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Abstract

本发明提供一种用于靶向治疗的导向装置的制作方法，属于医疗领域，用于制作针对靶向治疗微创手术中医生对病人的病灶点进行靶向治疗的导向装置，本发明采用QT和VTK技术，通过医学影像设备提供的人体切片数据进行三维重建，然后对重建后的模型进行裁剪处理，并且制作手术器械导向孔，最后进行镂空与加厚处理，并输出STL文件，本发明利用VTK技术来制作用于靶向治疗的导向装置的方法，能够高效快捷的制作用于靶向治疗的导向装置，可广泛的适用于靶向治疗微创手术领域。

Description

一种用于靶向治疗的导向装置的制作方法
技术领域
本发明属于医疗领域，提供了一种用于靶向治疗的导向装置的制作方法。
背景技术
微创手术即微小创伤的手术，微创手术的优点是创伤小、疼痛轻、恢复快。早期微创手术，是指通过腹腔镜、胸腔镜等内窥镜在人体内施行手术的一种新技术。而靶向治疗微创手术是针对肿瘤在器官组织、分子水平的靶点不同可以用放射性粒子植入靶向内治疗与局部药物注射治疗。随着社会和科技的发展，癌症治疗观念正在发生根本性的改变，即由细胞攻击模式化疗向靶向性治疗模式转变。应用靶向技术向肿瘤区域精确递送药物的“靶向治疗”和利用肿瘤特异的信号传导或特异代谢途径控制的“靶点治疗”是肿瘤研究的热点。
随着靶向治疗微创手术的不断发展，对于外科手术的精准化提出了更高的要求，在微创手术过程中，医生对病灶区域的了解要达到足够的精确性。
发明内容
针对靶向治疗微创手术的精准性本发明提出了一种用于靶向治疗的导向装置的制作方法，其特征在于包括如下步骤：
1.一种用于靶向治疗的导向装置的制作方法，主要包括以下步骤：
步骤一：读取二维CT切片数据；
步骤二：对二维CT切片数据进行三维重建；
步骤三：基于VTK的三维模型切割裁剪；
步骤四：制作导向孔；
步骤五：镂空处理；
步骤六：加厚处理，并输出STL文件。
2.根据权利要求1所述的用于靶向治疗的导向装置的制作方法，其特征在于，步骤三包括以下步骤：
步骤三十一，定义切割工具为平面；
步骤三十二，用鼠标采集到三维坐标信息，并把鼠标采集的三维坐标分配给切割函数的原点和法向量；
步骤三十三，渲染所得的三维模型数据，得到切割修整后的模型；
步骤三十四，定义切割工具为球体；
步骤三十五，进行布尔差运算，即用步骤三十三切割修整后的三维模型数据减去作为切割工具的球体的三维模型数据；
步骤三十六，渲染所得的三维模型数据，得到切割修整后的模型。
3.根据权利要求1所述的用于靶向治疗的导向装置的制作方法，其特征在于，步骤三中利用vtkCellPicke函数的GetPickPosition命令进行三维坐标的采集，并且利用LeftButtonPressEvent命令与RightButtonPressEvent命令让鼠标左右键与采集到的三维坐标值进行交互，鼠标采集的三维坐标分配给裁剪函数的原点和法向量。
4.根据权利要求1所述的用于靶向治疗的导向装置的制作方法，其特征在于，步骤四包括以下步骤：
步骤四十一，定义切割工具为圆柱体；
步骤四十二，用鼠标采集到三维坐标信息，并把鼠标采集的三维坐标分配给圆柱体的始末坐标；
步骤四十三，对步骤三得到的模型与圆柱体进行布尔运算；
步骤四十四，定义切割工具为球体；
步骤四十五，设定球体当前的三维坐标值为圆柱体末端的三维坐标值；
步骤四十六，用切割工具切割步骤四十三得到的模型；
步骤四十七，渲染所得的三维模型数据，得到修整后的模型。
5.根据权利要求1所述的用于靶向治疗的导向装置的制作方法，其特征在于，步骤四中需要定义圆柱体及其始末坐标值以及半径大小。
6.根据权利要求1所述的用于靶向治疗的导向装置的制作方法，其特征在于，步骤四中进行布尔运算之前需要根据导向孔的朝向来设置原始三维模型的法向量。
附图说明
图1表示用VTK制作用于靶向治疗的导向装置的流程图。
图2表示制作用于靶向治疗的导向装置程序界面图。
图3表示三维重构后切割修整后的模型。
图4表示用于靶向治疗的导向装置的制作结果显示。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
一种用于靶向治疗的导向装置的制作方法，所述用于靶向治疗的导向装置的制作方法步骤如下：
步骤一，读入模型的切片数据并进行三维重建
切片数据主要是以DICOM格式存储，DICOM文件具体由文件头以及数据集组成，利用VTK对文件进行读取，将QT与VTK接合制作GUI界面，为用户提供数据接口，方便用户使用，利用MC(Marching Cubes)算法进行三维重建，主要用到的是vtkMarchingCube函数，然后根据重建组织的不同设置不同的阈值，从而从对象中提取等值面，最后设置面绘制的属性以及显示窗口的属性。
步骤二，通过裁剪修整得到感兴趣的区域
裁剪过程包括剪切部分和打孔部分，剪切部分分成以下几个步骤：一，利用vtkPlane函数定义切割工具，切割工具为平面，设置其原点以及法向量来控制切割工具的方向和切割量。二，使用vtkClipPolyData生成裁剪操作的类，然后利用SetClipFunction提供切割函数的接口，并与切割工具结合，利用SetInputConnection提供被切割数据的数据接口，与三维重建后的数据结合。三，上述剪切处理以后利用vtkPolyDataMapper函数与vtkActor函数将结果整合到显示窗口上。
打孔部分使用布尔求差算法，分成以下几个步骤：一，利用vtkSphereSource函数定义切割工具，切割工具为球形函数，设置其尺寸大小。二，使用vtkBooleanOperationPolyDataFilter函数，利用SetOperaionToDifference函数实现布尔求差运算，目标是实现对剪切部分中其三维模型数据剪切后的结果与作为切割工具的球形之差。三，通过vtkRenderer函数以及vtkActor函数将上述步骤所得到的三维模型数据进行渲染，最终得到切割修整后的模型显示在窗口上。
步骤三，制作导向孔
制作导向孔过程分为三个步骤，分成以下几个步骤：一，利用vtkLineSource函数与vtkTubeFilter函数制作圆柱体并设置其半径大小。二，将鼠标交互函数与三维坐标信息拾取函数结合，实现单机鼠标左键拾取当下鼠标所在位置的三维坐标信息。将拾取到的三维坐标信息分别分配给圆柱体始末位置参数信息，三，利用布尔运算将圆柱体与步骤二切割修整后的模型进行处理后得到导向孔。
步骤四，镂空处理
镂空处理分为两个步骤，分成以下几个步骤：一，利用vtkSphere函数定义切割工具。二，使用vtkBooleanOperationPolyDataFilter函数，利用SetOperaionToDifference函数实现布尔求差运算，目标是实现对用于靶向治疗的导向装置做镂空处理。
步骤五，加厚处理并生成STL文件
加厚处理并生成STL文件分为两个步骤，分成以下几个步骤：一，利用vtkLinearExtrusionFilter函数对步骤四得到的模型进行加厚处理，二，利用vtkSTLWriter函数对上述处理后的模型保存成STL文件为以后3D打印提供可执行文件。
图2为制作用于靶向治疗的导向装置程序界面图，点击菜单栏中的“文件”，可以导入一组CT数据的DICOM文件，并可以通过菜单栏中的“普通模型重建”将导入的CT数据进行三维重构。
图3是将三维重构的模型进行切割后的图形，本发明运用平面模型作为切割工具，对重构好模型进行切割，用鼠标右键控制切割平面的法向量，用鼠标左键控制切割程度，用数字键1执行切割命令。
图4是用于靶向治疗的导向装置的制作结果，可以看出模型形状很规范，更适用于3D打印，为用于靶向治疗的导向装置制备成型提供计算机图形数据。

Claims (6)

1.一种用于靶向治疗的导向装置的制作方法，主要包括以下步骤：
步骤一，读取二维CT切片数据；
步骤二，对二维CT切片数据进行三维重建；
步骤三，基于VTK的三维模型切割裁剪；
步骤四，制作导向孔；
步骤五：镂空处理；
步骤六，加厚处理，并输出STL文件。
2.根据权利要求1所述的用于靶向治疗的导向装置的制作方法，其特征在于，步骤三包括以下步骤：
步骤三十一，定义切割工具为平面；
步骤三十二，用鼠标采集到三维坐标信息，并把鼠标采集的三维坐标分配给切割函数的原点和法向量；
步骤三十三，渲染所得的三维模型数据，得到切割修整后的模型；
步骤三十四，定义切割工具为球体；
步骤三十五，进行布尔差运算，即用步骤三十三切割修整后的三维模型数据减去作为切割工具的球体的三维模型数据；
步骤三十六，渲染所得的三维模型数据，得到切割修整后的模型。
3.根据权利要求1所述的用于靶向治疗的导向装置的制作方法，其特征在于，步骤三中利用vtkCellPicke函数的GetPickPosition命令进行三维坐标的采集，并且利用LeftButtonPressEvent命令与RightButtonPressEvent命令让鼠标左右键与采集到的三维坐标值进行交互，鼠标采集的三维坐标分配给裁剪函数的原点和法向量。
4.根据权利要求1所述的用于靶向治疗的导向装置的制作方法，其特征在于，步骤四包括以下步骤：
步骤四十一，定义切割工具为圆柱体；
步骤四十二，用鼠标采集到三维坐标信息，并把鼠标采集的三维坐标分配给圆柱体的始末坐标；
步骤四十三，对步骤三得到的模型与圆柱体进行布尔运算；
步骤四十四，定义切割工具为球体；
步骤四十五，设定球体当前的三维坐标值为圆柱体末端的三维坐标值；
步骤四十六，用切割工具切割步骤四十三得到的模型；
步骤四十七，渲染所得的三维模型数据，得到修整后的模型。
5.根据权利要求1所述的用于靶向治疗的导向装置的制作方法，其特征在于，步骤四中需要定义圆柱体及其始末坐标值以及半径大小。
6.根据权利要求1所述的用于靶向治疗的导向装置的制作方法，其特征在于，步骤四中进行布尔运算之前需要根据导向孔的朝向来设置原始三维模型的法向量。
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