CN110575624A - 基于3d打印的剂量验证模型的实现方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于3D打印的剂量验证模型的实现方法，包括如下步骤：A)加载CT.MR数据，将其导入到3D精准放疗平台；B)确定要打孔的终点；C)选择测量设备；D)根据测量设备的形状和大小生成从剂量验证模型最外层表面直至打孔终点的孔洞；E)生成已打孔的剂量验证模型；F)通过3D精准放疗平台导出已打孔的剂量验证模型，采用3D打印机进行打印。本发明还涉及一种实现上述基于3D打印的剂量验证模型的实现方法的装置。实施本发明的基于3D打印的剂量验证模型的实现方法及装置，能降低放疗对医生经验的依赖程度、降低医院的运营成本、提高在放疗过程中的稳定性和患者的舒适度，同时降低患者放疗时的部分费用。

Description

基于3D打印的剂量验证模型的实现方法及装置
技术领域
本发明涉及医疗辅助器材3D打印领域，特别涉及一种基于3D打印的剂量验证模型的实现方法及装置。
背景技术
医疗机构经过多年的信息化建设和高端医疗器械等设备更换，已经解决了原来病人排队、出现拥挤、医生工作强度大、医患关系等诸多问题。在取得长足进步的同时，也存在着细分领域的不足。比如精准放疗，目前放射治疗在肿瘤治疗中的作用和地位日益突出，已成为治疗恶性肿瘤的主要手段之一，但是放疗面临定位难的问题。因为肿瘤受体位、呼吸等因素的影响，位置很难固定，普通放疗通过模拟定位机定位，用皮肤墨水在病人皮肤上标记治疗范围。在杀灭肿瘤细胞的同时，亦带来了周围正常组织或器官的一过性或永久性伤害，甚至损伤一些重要器官。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能降低放疗对医生经验的依赖程度、降低医院的运营成本、提高在放疗过程中的稳定性和患者的舒适度，同时降低患者放疗时的部分费用的基于3D打印的剂量验证模型的实现方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于3D打印的剂量验证模型的实现方法，包括如下步骤：
A)加载CT.MR数据，并将其导入到3D精准放疗平台；
B)确定要打孔的终点；
C)选择测量设备；
D)根据所述测量设备的形状和大小生成从剂量验证模型最外层表面直至打孔终点的孔洞；
E)生成已打孔的剂量验证模型；
F)通过所述3D精准放疗平台导出所述已打孔的剂量验证模型，采用3D打印机进行打印。
在本发明所述的基于3D打印的剂量验证模型的实现方法中，在所述步骤E)中，采用渔网算法处理后，生成所述已打孔的剂量验证模型。
在本发明所述的基于3D打印的剂量验证模型的实现方法中，所述渔网算法的处理的包括轮廓设计、选择方向按钮、调整和设置位置。
在本发明所述的基于3D打印的剂量验证模型的实现方法中，所述渔网算法针对患者的情况不同，采用Cut方式，所述Cut方式为Refine、Split、Remove Indide或RemoveOutside。
本发明还涉及一种实现上述基于3D打印的剂量验证模型的实现方法的装置，包括：
加载导入单元：用于加载CT.MR数据，并将其导入到3D精准放疗平台；
终点确定单元：用于确定要打孔的终点；
测量设备选择单元：用于选择测量设备；
孔洞生成单元：用于根据所述测量设备的形状和大小生成从剂量验证模型最外层表面直至打孔终点的孔洞；
剂量验证模型生成单元：用于生成已打孔的剂量验证模型；
剂量验证模型导出打印单元：用于通过所述3D精准放疗平台导出所述已打孔的剂量验证模型，采用3D打印机进行打印。
在本发明所述的装置中，在所述剂量验证模型生成单元中，采用渔网算法处理后，生成所述已打孔的剂量验证模型。
在本发明所述的装置中，所述渔网算法的处理的包括轮廓设计、选择方向按钮、调整和设置位置。
在本发明所述的装置中，所述渔网算法针对患者的情况不同，采用Cut方式，所述Cut方式为Refine、Split、Remove Indide或Remove Outside。
实施本发明的基于3D打印的剂量验证模型的实现方法及装置，具有以下有益效果：由于加载CT.MR数据，并将其导入到3D精准放疗平台；确定要打孔的终点；选择测量设备；根据测量设备的形状和大小生成从剂量验证模型最外层表面直至打孔终点的孔洞；生成已打孔的剂量验证模型；通过所3D精准放疗平台导出所述已打孔的剂量验证模型，采用3D打印机进行打印；根据患者的实际数据打印出，能够完美契合患者患处，具有精确的体位固定和立体定位技术，这样可以提高放疗的定位精度、摆位精度和照射精度，因此本发明能降低放疗对医生经验的依赖程度、降低医院的运营成本、提高在放疗过程中的稳定性和患者的舒适度，同时降低患者放疗时的部分费用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于3D打印的剂量验证模型的实现方法及装置一个实施例中方法的流程图；
图2为所述实施例中加载影像的示意图；
图3为所述实施例中确定打孔靶点的示意图；
图4为所述实施例中生成已打孔的剂量验证模型的示意图；
图5为所述实施例中装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
在本发明基于3D打印的剂量验证模型的实现方法及装置实施例中，其基于3D打印的剂量验证模型的实现方法的流程图如图1所示。图1中，该基于3D打印的剂量验证模型的实现方法包括如下步骤：
步骤S01加载CT.MR数据，并将其导入到3D精准放疗平台：本步骤中，加载患者的CT.MR数据，并将其导入到3D精准放疗平台。图2为本实施例中加载影像的示意图。该3D精准放疗平台是自研发的针对肿瘤放疗的全新的软件平台，具有自己独特的架构，可以实现精准放疗。该3D精准放疗平台利用渔网算法对模型进行处理，导出模型，对模型进行3D打印。可对患者输入的剂量进行验证，实现治疗计划的自动最佳优化。
该3D精准放疗平台通过AngularJS搭建前端开发框架，遵从架构设计中的MVC模式，提倡展现、数据和逻辑处理组件的松耦合，通过指令技术对传统HTML实现了自然扩展，通过编译技术实现了数据模型与展现视图的双向自动同步，从而消除了前端开发中繁琐复杂的DOM操作，包含模板、数据双向绑定、路由、模块化、服务、过滤器、依赖注入等所有功能，自定义Directive，比jQuery插件还灵活。后台采用成熟的Java技术编写。数据库采用mysql。
精准放疗是在常规放疗基础上通过精确的肿瘤定位，精确的计划设计、剂量计算及在治疗机上精确执行的一种全新的肿瘤放疗技术，它融合了三维图象处理技术、高精度的剂量计算算法、尖端的直线加速器系列技术、先进的肿瘤诊断技术以及放射生物学前沿研究成果。在精准放疗的全过程中，每一步都强调精度，这相对于常规放疗是质的飞跃。
步骤S02确定要打孔的终点：本步骤中，确定要打孔的终点。图3为本实施例中确定打孔靶点的示意图。打孔靶点为病变点。
步骤S03选择测量设备：本步骤中，选择测量设备。
步骤S04根据测量设备的形状和大小生成从剂量验证模型最外层表面直至打孔终点的孔洞：本步骤中，根据测量设备的形状和大小，生成从剂量验证模型(剂量验证模体模型)最外层表面直至打孔终点的孔洞。其中，剂量验证模型是采用三维图象处理技术、高精度的剂量计算算法和尖端的直线加速器技术生成的。
步骤S05生成已打孔的剂量验证模型：本步骤中，用渔网算法处理后，生成已打孔的剂量验证模型。渔网算法的处理的包括轮廓设计、选择方向按钮、调整和设置位置等。图4为本实施例中生成已打孔的剂量验证模型的示意图。
具体而言，采用渔网算法对剂量验证模型(三维模型)进行处理，对三维模型的处理包括轮廓设计、选择方向按钮、调整和设置位置。渔网算法将16万-20万三角片面组成的三维进行推算，以三点一个三角面的逻辑推演算法，包括联合、相关交、相减，使简单的基本图形组合产生新的形体，并最终形成3D图形。
渔网算法针对患者各类的情况不同，采用Cut方式，Cut方式为Refine(细化)、Split(分离)、Remove Indide(删除内部)或Remove Outside(删除表面)。Refine：这种方式的剪切渔网运算，可以在A对象的网格上插入一条B对象与A对象相交区域的轮廓线。采用这种运算方法，可以在对象表面创建任意形状的选择区域，而不受网格的限制。Split：使用此种方式，可以将运算的相交部分分离为目标对象的一个元素次对象，并可以继续对次级对象进行进一步的编辑。Remove Indide：将运算对象的相交部分删除，并将目标对象创建为一个空心对象。Remove Outside：将运算对象的相交部分创建为一个空心对象，将其他部分删除。
步骤S06通过3D精准放疗平台导出已打孔的剂量验证模型，采用3D打印机进行打印：本步骤中，通过3D精准放疗平台导出已打孔的剂量验证模型，采用3D打印机进行打印，该3D打印机采用3D医疗专用打印机。剂量验证实现治疗计划的自动最佳优化。可以将预制的已打孔的剂量验证模型整合到项目模型中，无需手动设计建模。3D打印已打孔的剂量验证模型，根据平面数据进行三维重构，手术前，把患者需要手术的部位提前打印出一个立体三维模型，医生在手术前就能很直观的看到手术部位的结构，尤其针对一些复杂部位的手术，这样可以避免手术风险，大大提高手术的成功率。根据患者的实际数据打印出，和患者完全贴合，而传统的产品在特殊的患者部位，则因无法贴合而达不到补偿效果。通过对患者输入的剂量进行验证，实现治疗计划的自动最佳优化。
在本发明的基于3D打印的剂量验证模型的实现方法中，3D精准放疗平台根据临床患者导入CT 3D扫描植入，采用三维图象处理技术、高精度的剂量计算算法、尖端的直线加速器系列技术，导出三维模型，然后利用渔网算法对三维模型进行轮廓设计、选择方向按钮、调整、设置位置，最终生成所需的模型，导出已打孔的剂量验证模型，利用3D打印机打印。3D打印已打孔的剂量验证模型，能够完美契合患者患处，具有精确的体位固定和立体定位技术，能提高放疗的定位精度、摆位精度和照射精度。本发明的基于3D打印的剂量验证模型的实现方法能降低放疗对医生经验的依赖程度、降低医院的运营成本、提高在放疗过程中的稳定性和患者的舒适度，同时降低患者放疗时的部分费用。
本实施例还涉及一种实现上述基于3D打印的剂量验证模型的实现方法的装置，该装置的结构示意图如图5所示。图5中，该装置包括加载导入单元1、终点确定单元2、测量设备选择单元3、孔洞生成单元4、剂量验证模型生成单元5和剂量验证模型导出打印单元6。其中，加载导入单元1用于加载CT.MR数据，并将其导入到3D精准放疗平台。该3D精准放疗平台是自研发的针对肿瘤放疗的全新的软件平台，具有自己独特的架构，可以实现精准放疗。
终点确定单元2用于确定要打孔的终点；测量设备选择单元3用于选择测量设备；孔洞生成单元4用于根据测量设备的形状和大小生成从剂量验证模型最外层表面直至打孔终点的孔洞。
剂量验证模型生成单元5用于生成已打孔的剂量验证模型。具体而言，采用渔网算法对剂量验证模型(三维模型)进行处理，对三维模型的处理包括轮廓设计、选择方向按钮、调整和设置位置。渔网算法将16万-20万三角片面组成的三维进行推算，以三点一个三角面的逻辑推演算法，包括联合、相关交、相减，使简单的基本图形组合产生新的形体，并最终形成3D图形。
渔网算法针对患者各类的情况不同，采用Cut方式，Cut方式为Refine(细化)、Split(分离)、Remove Indide(删除内部)或Remove Outside(删除表面)。Refine：这种方式的剪切渔网运算，可以在A对象的网格上插入一条B对象与A对象相交区域的轮廓线。采用这种运算方法，可以在对象表面创建任意形状的选择区域，而不受网格的限制。Split：使用此种方式，可以将运算的相交部分分离为目标对象的一个元素次对象，并可以继续对次级对象进行进一步的编辑。Remove Indide：将运算对象的相交部分删除，并将目标对象创建为一个空心对象。Remove Outside：将运算对象的相交部分创建为一个空心对象，将其他部分删除。
剂量验证模型导出打印单元6用于通过3D精准放疗平台导出已打孔的剂量验证模型，采用3D打印机进行打印，该3D打印机采用3D医疗专用打印机。剂量验证实现治疗计划的自动最佳优化。可以将预制的已打孔的剂量验证模型整合到项目模型中，无需手动设计建模。3D打印已打孔的剂量验证模型，根据平面数据进行三维重构，手术前，把患者需要手术的部位提前打印出一个立体三维模型，医生在手术前就能很直观的看到手术部位的结构，尤其针对一些复杂部位的手术，这样可以避免手术风险，大大提高手术的成功率。根据患者的实际数据打印出，和患者完全贴合，而传统的产品在特殊的患者部位，则因无法贴合而达不到补偿效果。通过对患者输入的剂量进行验证，实现治疗计划的自动最佳优化。
在本发明的装置中，3D精准放疗平台根据临床患者导入CT 3D扫描植入，采用三维图象处理技术、高精度的剂量计算算法、尖端的直线加速器系列技术，导出三维模型，然后利用渔网算法对三维模型进行轮廓设计、选择方向按钮、调整、设置位置，最终生成所需的模型，导出已打孔的剂量验证模型，利用3D打印机打印。3D打印已打孔的剂量验证模型，能够完美契合患者患处，具有精确的体位固定和立体定位技术，能提高放疗的定位精度、摆位精度和照射精度。本发明的装置能降低放疗对医生经验的依赖程度、降低医院的运营成本、提高在放疗过程中的稳定性和患者的舒适度，同时降低患者放疗时的部分费用。
总之，本发明将3D打印技术应用在肿瘤精准放疗的医疗辅助系统。可以根据各个患者的实际情况不同，提供有针对性的医疗辅助器材，即剂量验证模体，以降低放疗对医生经验的依赖程度、降低医院的运营成本、提高在放疗过程中的稳定性、患者的舒适度，同时降低患者放疗时的部分费用。
医疗行业一直是3D打印技术主流应用领域。3D打印技术具有的灵活性高、不限数量、节约成本等特点，能够非常好地满足医学领域个体化、精准化医疗的需求。3D打印技术使得医疗实现了从虚拟模拟到现实模拟的跨越，是实现肿瘤精准放疗的重要手段。未来将利用生物3D打印机，配合具有生物相容性以及降解性的材料构建生物支架、利用细胞3D打印机或者生物3D打印机，选择细胞和生物材料，打印出生物体。随着3D技术的不断革新，运用3D技术可以解决肿瘤精准定位难的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于3D打印的剂量验证模型的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
A)加载CT.MR数据，并将其导入到3D精准放疗平台；
B)确定要打孔的终点；
C)选择测量设备；
D)根据所述测量设备的形状和大小生成从剂量验证模型最外层表面直至打孔终点的孔洞；
E)生成已打孔的剂量验证模型；
F)通过所述3D精准放疗平台导出所述已打孔的剂量验证模型，采用3D打印机进行打印。
2.根据权利要求1所述的基于3D打印的剂量验证模型的实现方法，其特征在于，在所述步骤E)中，采用渔网算法处理后，生成所述已打孔的剂量验证模型。
3.根据权利要求2所述的基于3D打印的剂量验证模型的实现方法，其特征在于，所述渔网算法的处理的包括轮廓设计、选择方向按钮、调整和设置位置。
4.根据权利要求2或3所述的基于3D打印的剂量验证模型的实现方法，其特征在于，所述渔网算法针对患者的情况不同，采用Cut方式，所述Cut方式为Refine、Split、RemoveIndide或Remove Outside。
5.一种实现如权利要求1所述的基于3D打印的剂量验证模型的实现方法的装置，其特征在于，包括：
加载导入单元：用于加载CT.MR数据，并将其导入到3D精准放疗平台；
终点确定单元：用于确定要打孔的终点；
测量设备选择单元：用于选择测量设备；
孔洞生成单元：用于根据所述测量设备的形状和大小生成从剂量验证模型最外层表面直至打孔终点的孔洞；
剂量验证模型生成单元：用于生成已打孔的剂量验证模型；
剂量验证模型导出打印单元：用于通过所述3D精准放疗平台导出所述已打孔的剂量验证模型，采用3D打印机进行打印。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在所述剂量验证模型生成单元中，采用渔网算法处理后，生成所述已打孔的剂量验证模型。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述渔网算法的处理的包括轮廓设计、选择方向按钮、调整和设置位置。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述渔网算法针对患者的情况不同，采用Cut方式，所述Cut方式为Refine、Split、Remove Indide或Remove Outside。
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