CN112138287B - 一种用于伽马刀手术的定位头模及三维成像与成型系统 - Google Patents

一种用于伽马刀手术的定位头模及三维成像与成型系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于3D打印技术领域，具体公开了一种用于伽马刀手术的定位头模，包括左面模、右面模和后模，左面模、右面模和后模均采用3D打印成型，后模与患者头颅枕骨相对的部位贴合，左面模与患者左颧骨、左眉弓及下颚左半部相对的部位贴合，右面模与患者右颧骨、右眉弓及下颚右半部相对的部位贴合；左面模和右面模可拆卸连接，左面模和右面模均与后模可拆卸连接，安装拆卸方便，降低风险。本发明还公开了一种三维成像与成型系统，包括箱体，在箱体内设有第一成型舱、第二成型舱、第三成型舱和控制舱；成型舱内设有成型床和喷头；控制舱内设有控制单元、数据处理单元及任务管理单元，可同时完成三部分面模的打印，提高打印效率。

Description

一种用于伽马刀手术的定位头模及三维成像与成型系统
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，特别涉及一种用于伽马刀手术的定位头模及三维成像与成型系统。
背景技术
目前伽马刀定位头模制作方法主要由手工制作完成，这种方法对制作技师要求较高，需要经验丰富的技师才能完成制作，人为干涉因素较大。这种方法需要患者进行物理配合，对患者造成二次物理伤害甚至精神伤害，不符合现代化数据技术处理要求，方法传播推广及延伸技术很难开展。
通过对多家医院的放射治疗科进行走访了解，目前急需新的头模制作技术来完成患者头模成型。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种用于伽马刀手术的定位头模，安装拆卸方便。
本发明的目的之二在于提供一种三维成像与成型系统，可同时打印三个面模，打印效率高。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种用于伽马刀手术的定位头模，包括左面模、右面模和后模，左面模、右面模和后模均采用3D打印成型，后模与患者头颅枕骨相对的部位贴合，左面模与患者左颧骨、左眉弓及下颚左半部相对的部位贴合，右面模与患者右颧骨、右眉弓及下颚右半部相对的部位贴合；
左面模和右面模可拆卸连接，左面模和右面模均与后模可拆卸连接。
进一步，在左面模和右面模上与患者眼睛、嘴巴和耳朵对应的部位处开有通孔。
进一步，左面模和右面模分别通过卡扣与后模连接，左面模和右面模之间用卡扣连接。
进一步，卡扣由卡扣支座和卡扣片组成。
本发明还公开了一种用于打印所述的定位头模的三维成像与成型系统，包括箱体，在箱体内设有第一成型舱、第二成型舱、第三成型舱和控制舱；
第一成型舱、第二成型舱及第三成型舱内均设有成型床和喷头；
控制舱内设有控制单元、数据处理单元及任务管理单元，数据处理单元与任务管理单元连接，任务管理单元与控制单元连接；
数据处理单元，用于将医学影像三维数据处理成定位头模所需的倒模数据，并将倒模数据分割成三部分数据，三部分数据包括左模数据、右模数据和后模数据；
任务管理单元，用于将生成的三部分数据分配给控制单元；
控制单元，用于控制第一成型舱、第二成型舱及第三成型舱进行成型作业。
进一步，箱体内还设有后处理仓，后处理舱内设有打磨机和电热修型机；
打磨机用于打磨定位头模的支撑件及悬空毛刺，电热修型机用于对某些部位进行修型。
进一步，在箱体上设有操作面板，操作面板包括显示器、按键和键盘，显示器与任务管理单元相连，用于输入成型参数；
按键与控制单元相连，用于启闭控制单元。
进一步，成型床包括托板和设置在托板下方的加热板，加热板内设有加热元件和温度传感器，喷头上设有加热元件和温度传感器，加热元件和温度传感器均与控制单元相连。
进一步，在第一成型舱、第二成型舱及第三成型舱内还设有耗材舱，耗材舱内设有墨盒，墨盒与喷头连接。
进一步，喷头连接有运动机构，运动机构与控制单元连接，运动机构用于带动喷头在X向和Y向位移；成型床与控制单元连接，控制单元连用于控制成型床在Z向位移。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明所述的定位头模，将头模设计为左面模、右面模和后模三个部分，方便安装，这三部分分别与与相应的患者头部紧密贴合，因此能稳定的固定患者头部，患者头部稳定固定，才能保证伽马刀定位准确，达到定位精确的目的；其次，由于该打印头模通过3D成型制造，可依据人体的个体性差异而设计，可以根据患者舒适性需求，对相应部位进行数据修改，达到方便舒适的目的，同时可对数据进行加厚以达到固定强度的目的。因此，本发明的3D成型头模满足无创、定位精度高以及实现数字化的要求。
进一步，三部分通过卡扣连接，安装拆卸方便，对相关操作人员的动手能力要求也大大降低，同时，患者治疗时的次生伤害风险也大大降低。从源头层面解决了伽马刀手术治疗中定位面模拆解困难的问题，可取代原有的螺栓、螺母拆装方法。
本发明还公开了用于打印所述定位头模的三维成像与成型系统，包括箱体，在箱体内设有第一成型舱、第二成型舱、第三成型舱和控制舱；第一成型舱、第二成型舱及第三成型舱内均设有成型床和喷头；控制舱内设有控制单元、数据处理单元及任务管理单元，通过数据处理单元对患者已有数据(CT/MRI)进行处理后分配给任务管理单元，任务管理单元将数据分成三个面模对应的三部分数据，分配到三个成型舱分别进行打印，可同时完成三部分面模的打印，提高打印效率。
进一步，成型床包括托板和加热板，通过控制单元对加热板的温度进行控制，加热板用来对成型床底板进行加热，从而使成型头模附着于成型床上。在喷头上设有加热元件和温度传感器，加热元件和温度传感器与控制单元相连，通过控制单元将喷头温度控制在210～215℃之间，从而使固体耗材融化为液体从喷头喷出，使墨水更顺利地流出。
附图说明
图1为本发明的定位头模的立体图；
图2为本发明的定位头模的右视图；
图3为左面模的结构示意图；
图4为右面模的结构示意图；
图5为后模的结构示意图；
图6为本发明的三维成像与成型系统的结构示意图；
图7为本发明的三维成像与成型系统的内部结构连接示意图。
其中，1为左面模，2为右面模，3为后模，4为卡扣；
21为箱体，22为第一成型舱，23为第二成型舱，24为第三成型舱，25为控制舱，26为控制面板，27为后处理仓。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1～5所示，本发明公开的一种用于伽马刀手术的定位头模，包括左面模1、右面模2和后模3，左面模1、右面模2和后模3均采用3D打印成型，后模3与患者头颅枕骨相对的部位贴合，左面模1与患者左颧骨、左眉弓及下颚左半部相对的部位贴合，右面模2与患者右颧骨、右眉弓及下颚右半部相对的部位贴合；左面模1和右面模2可拆卸连接，左面模1和右面模2均与后模3可拆卸连接。
在左面模1和右面模2上与患者眼睛、嘴巴和耳朵对应的部位处开有通孔。
左面模1和右面模2分别通过卡扣4与后模3连接，左面模1和右面模2之间用卡扣4连接。
卡扣4由卡扣支座和卡扣片组成，卡扣支座安装在其中一个面模的外表面上，卡扣片安装在与之连接的面模的外表面上。
该定位头模与手术床的安装和拆卸方法如下：
S1、将后模3与手术床固定连接；
S2、患者头部卡进后模3壳内；
S3、将左面模1和右面模2安装至对应位置；
S4、将卡扣片推入卡扣支座，紧固连接左面模1、右面模2和后模3；
S5、患者进入治疗舱进行治疗；
S6、推出卡扣片，拆除左面模1和右面模2。
S7、将患者头部移出后模3。
本发明设计的3D成型头模，安装时间和拆卸时间都大大缩短，对相关操作人员的动手能力要求也大大降低，同时，患者治疗时的次生伤害风险也大大降低。从源头层面解决了伽马刀手术治疗中定位面模拆解困难的问题，可取代原有的螺栓、螺母拆装方法。该方法的普及不但可以使目前的伽马刀手术更加安全，同时能缩短3D成型头模拆装时间，提高工作效率，一定程度上也能有效提高伽马刀手术设备放射源的利用率。
如图6所示，本发明还公开了一种用于打印上述的用于伽马刀手术的定位头模的三维成像与成型系统，包括箱体21，在箱体21内设有第一成型舱22、第二成型舱23、第三成型舱24和控制舱25；第一成型舱22内设有一号成型床和一号喷头，第二成型舱23内设有二号成型床和二号喷头，第三成型舱24内设有三号成型床和三号喷头。控制舱25内设有控制单元、数据处理单元及任务管理单元，如图7所示，控制单元与数据处理单元连接，数据处理单元与任务管理单元连接。
数据处理单元用于将医学影像三维数据或外源数据处理成定位头模所需要的倒模数据，并将倒模数据分割成三部分数据，三部分数据包括左模数据、右模数据和后模数据；任务管理单元，用于将生成的三部分数据分配给控制单元；控制单元用于控制第一成型舱22、第二成型舱23及第三成型舱24进行成型作业，成型左面模1、右面模2和后模3，具体的成型过程控制包括：启动、喷头加热、送料、喷头运动、成型床加热及传感器监控等。
数据处理单元可与扫描仪直接连接，也可以是将医学影像三维数据或外源数据导入到数据处理单元中。
箱体21内还设有后处理仓27，后处理舱内设有打磨机和电热修型机；打磨机用于打磨定位头模的支撑件及悬空毛刺，三维成型工艺中工件的薄壁部位、镂空部位等不能直接成型，耗材液体会喷到空气中，从而需要自动生成支撑件，来支撑镂空部位，待工件成型后支撑件作为辅助件进行去除。电热修型机用于对设计不合理部位(如：女士做治疗时不愿剃发，可在发束处进行额外开孔)进行修型，当发现某些部位有一些不太合理的凸出时，可用电热修型机修型。
在箱体21上设有操作面板，操作面板包括显示器、按键和键盘，显示器与任务管理单元相连，用于输入成型参数(打印速度比例、空程驶速、填充速度、外围速度、轨道加速度、喷头温度、成型床温度、挤出比例、冷却速度等)，比如对耳部、皮下脂肪组织等对应的人体部位处的数据进行修改，增加舒适性，或者对于一些需要固定的部位进行数据加厚(比如定位点:眉骨、颧骨、下颚、枕骨等；按键、旋钮等与控制单元相连，用于启闭控制单元以及启闭成型舱的照明通风等基础功能；显示器采用液晶触摸显示屏。
具体地，成型床包括托板和设置在托板下方的加热板，托板用于承载打印器件，加热板内设有加热元件和温度传感器，加热元件用来对成型床进行加热，保证成型头模打印过程中与成型床粘接牢靠、不翘边、不脱落，该成型床的温度一般控制在50-60℃，此温度下有很强的附着粘度、保证成型过程成型头模不会从成型床脱落，加热元件和温度传感器与控制单元相连，目的是将成型床温度控制在50-60℃范围内。
更优地，在喷头上设有加热元件和温度传感器，加热元件和温度传感器与控制单元相连，通过控制单元将喷头温度控制在210-215℃之间，从而使固体耗材融化为液体从喷头喷出，。
在第一成型舱22、第二成型舱23及第三成型舱24内还设有耗材舱，墨盒通过管道与喷头连接，向喷头提供耗材。
喷头连接有运动机构，运动机构与控制单元连接，运动机构用于带动喷头在X向和Y向位移；成型床与控制单元连接，控制单元连用于控制成型床在Z向位移。
具体地，通过导轨滑块结构实现喷头在X向和Y向位移，运动机构包括上板和下板，在成型舱顶板上固定有上导轨，在上板的上表面固定有上滑块，上滑块通过丝杠与第一电机连接，第一电机通过丝杠带动上滑块移动，进而带动上板和下板一起移动；在上板的下表面固定有下导轨，在下板上固定有下滑块，下滑块通过丝杠与第二电机连接，第二电机通过丝杠带动下滑块移动，进而带动下板移动。可以先沿X向位移，也可以先沿Y向位移。
加热板下边连接有丝杠，丝杠连接有第三电机，第三电机通过丝杠带动加热板升降，实现Z向位移。
本发明不限于导轨滑块这一种运动机构形式，也可以采用齿轮齿条机构等。
本发明制备3D成型头模时，不需要接触患者身体，为患者制作个性化3D成型头模，实现3D成型头模的信息化、数据化，减少了对患者的二次伤害。并能为相关合作诊疗提供数据支撑。其次，由于该头架已经进行数据化，可以根据患者舒适性需求，对相应部位(如耳部、脂肪包、发束等)进行数据修改，达到方便舒适的目的，同时可对数据进行加厚以达到固定强度的目的。
通过本发明的三维成像与成型系统制作定位头模，对患者无伤害、无刺激、无接触，制作过程简单，同时制作三部分，制作过程快，提高该领域信息化程度，横向推广简单，普遍适用性强，能有效提高医学诊疗的效率。
为了保证头模制作效率，该系统集成三个成型舱，同时可对后模3、左面模1及右面模2进行成型，达到高效制作的目的，同时为了保证佩戴舒适，定位头模打印完成后通过后处理舱内的相关工具进行处理，进行内表面修型处理。

Claims (7)

1.一种用于打印定位头模的三维成像与成型系统，其特征在于，所述定位头模包括左面模（1）、右面模（2）和后模（3），左面模（1）、右面模（2）和后模（3）均采用3D打印成型，后模（3）与患者头颅枕骨相对的部位贴合，左面模（1）与患者左颧骨、左眉弓及下颚左半部相对的部位贴合，右面模（2）与患者右颧骨、右眉弓及下颚右半部相对的部位贴合；
左面模（1）和右面模（2）可拆卸连接，左面模（1）和右面模（2）均与后模（3）可拆卸连接；左面模（1）和右面模（2）分别通过卡扣（4）与后模（3）连接，左面模（1）和右面模（2）之间用卡扣（4）连接；
所述三维成像与成型系统包括箱体（21），在箱体（21）内设有第一成型舱（22）、第二成型舱（23）、第三成型舱（24）和控制舱（25）；
第一成型舱（22）、第二成型舱（23）及第三成型舱（24）内均设有成型床和喷头；成型床包括托板和设置在托板下方的加热板，加热板内设有加热元件和温度传感器，喷头上设有加热元件和温度传感器，加热元件和温度传感器均与控制单元相连；
控制舱（25）内设有控制单元、数据处理单元及任务管理单元，数据处理单元与任务管理单元连接，任务管理单元与控制单元连接；
数据处理单元，用于将医学影像三维数据处理成定位头模所需的倒模数据，并将倒模数据分割成三部分数据，三部分数据包括左面模数据、右面模数据和后模数据；
任务管理单元，用于将生成的三部分数据分配给控制单元；
控制单元，用于控制第一成型舱（22）、第二成型舱（23）及第三成型舱（24）进行成型作业。
2.根据权利要求1所述的三维成像与成型系统，其特征在于，箱体（21）内还设有后处理仓（27），后处理舱内设有打磨机和电热修型机；
打磨机用于打磨定位头模的支撑件及悬空毛刺，电热修型机用于对某些部位进行修型。
3.根据权利要求1所述的三维成像与成型系统，其特征在于，在箱体（21）上设有操作面板，操作面板包括显示器、按键和键盘，显示器与任务管理单元相连，用于输入成型参数；
按键与控制单元相连，用于启闭控制单元。
4.根据权利要求1所述的三维成像与成型系统，其特征在于，在第一成型舱（22）、第二成型舱（23）及第三成型舱（24）内还设有耗材舱，耗材舱内设有墨盒，墨盒与喷头连接。
5.根据权利要求1所述的三维成像与成型系统，其特征在于，喷头连接有运动机构，运动机构与控制单元连接，运动机构用于带动喷头在X向和Y向位移；成型床与控制单元连接，控制单元连用于控制成型床在Z向位移。
6.根据权利要求1所述的三维成像与成型系统，其特征在于，在左面模（1）和右面模（2）上与患者眼睛、嘴巴和耳朵对应的部位处开有通孔。
7.根据权利要求1所述的三维成像与成型系统，其特征在于，卡扣（4）由卡扣支座和卡扣片组成。
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