CN112245815B - 后装放疗计划及3d打印模板一体化仿真设计方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种后装放疗计划及3D打印模板一体化仿真设计方法及系统，包括：获取施源柱填塞后的施源柱三维模型，获取施源柱填塞后的医学影像，在医学影像中标记肿瘤目标，获取目标点云数据，在施源柱的指定范围内定义入针区域，生成针道序列，在序列P中的针道设置若干放射粒子，利用梯度法对放射粒子的驻留点和驻留时间进行计算和优化，以满足设定的剂量分布；生成包含施源柱的模板；利用3D打印技术，打印模板的三维模型、针道序列P等数据。相比于现有技术，本发明提出的方案缓解了传统后装放射治疗手术计划制定对医师的经验高度依赖，提升了治疗计划制定的效能。结合3D打印技术，使得治疗计划在物理模型中得以复现，保证了实际治疗的质量。

Description

后装放疗计划及3D打印模板一体化仿真设计方法及系统
技术领域
本发明涉及虚拟手术技术领域，特别是涉及一种后装放疗计划及3D打印模板一体化仿真设计方法及系统。
背景技术
后装放射治疗法是近距离放射治疗的一种，它使用导管将高活性辐射源置于肿瘤附近或内部来达到杀灭肿瘤的目的。后装放射治疗法广泛应用于宫颈癌、前列腺癌、乳腺癌及皮肤癌等肿瘤医学领域。放射治疗使用放射性粒子对肿瘤及其附近组织进行无差别的破坏，因此为了提高肿瘤杀灭效能和降低对周围组织的破坏，需要在放射治疗前进行手术仿真，进而制定放射治疗手术计划。
传统的后装放射治疗手术仿真设计方法是一个不断试错的过程，物理师首先需要放置施源器至合适位置，然后对放射粒子驻留位置和驻留时间进行优化以获取满意的剂量分布。在施源器放置过程中，容易出现针道相互交叉的问题，通过人工手段不易排查，极大增加了治疗计划制定的难度，此外传统的手术仿真设计方法对物理师经验依赖程度较高。
鉴于此，本发明提出一种后装放疗计划及3D打印模板一体化仿真设计方法及系统，以缓解现有技术的不足。
发明内容
第一方面，本发明提供了一种后装放疗计划及3D打印模板一体化仿真设计方法，包括：获取施源柱填塞后的施源柱三维模型；获取施源柱填塞后的医学影像，在医学影像中标记肿瘤目标，建立包含肿瘤目标TV区域和OAR区域的三维影像，对三维影像均匀采样，获取目标点云数据；在施源柱的指定范围内定义入针区域，对入针区域均匀采样，获取入针点云数据；生成针道序列，入针点云数据中任一点与目标点云数据中任一点组合为针道，随机生成针道序列P，序列P中的任意两个针道所在线段均无交点；在序列P中的针道设置若干放射粒子，利用梯度法对放射粒子的驻留点和驻留时间进行计算和优化，以满足设定的剂量分布，记录驻留点和驻留时间进行计算和优化之后的最优目标值为第一优化值；随机替换序列P中的任一针道，替换后序列P中的作意两个针道所在线段均无交点；采用梯度下降法优化驻留位置和驻留时间，以获取针道替换后最优目标值，若针道替换后最优目标值优于第一优化值，将针道替换后最优目标值赋予第一优化值；继续随机替换序列P中的任一针道，直至第一优化值不再变化或针道替换次数超过第一阈值；生成包含施源柱的模板，模板与人体贴合，模板包含序列P中针道的引导孔；输出模板的三维模型、针道序列P和放射粒子的位置数据；利用3D打印技术，打印模板的三维模型、针道序列P和放射粒子的位置数据。
进一步地，在医学影像中标记肿瘤目标的方法，包括以下至少一种：根据肿瘤目标的时域或频域特征，检测医学影像中的肿瘤目标；人工勾画医学影像中的肿瘤目标。
第二方面，本发明提供了一种后装放疗计划及3D打印模板一体化仿真设计系统，包括：计算设备和3D打印设备，计算设备包括模型提取模块，影像处理模块，计划生成模块和计划输出模块；模型提取模块，获取施源柱填塞后的施源柱三维模型；影像处理模块，获取施源柱填塞后的医学影像，在在医学影像中标记肿瘤目标，建立包含肿瘤目标TV区域和OAR区域的三维影像，对三维影像均匀采样，获取目标点云数据；计划生成模块，在施源柱的指定范围内定义入针区域，对入针区域均匀采样，获取入针点云数据；生成针道序列，入针点云数据中任一点与目标点云数据中任一点组合为针道，随机生成针道序列P，序列P中的任意两个针道所在线段均无交点；在序列P中的针道设置若干放射粒子，利用梯度法对放射粒子的驻留点和驻留时间进行计算和优化，以满足设定的剂量分布，记录驻留点和驻留时间进行计算和优化之后的最优目标值为第一优化值；随机替换序列P中的任一针道，替换后序列P中的作意两个针道所在线段均无交点；采用梯度下降法优化驻留位置和驻留时间，以获取针道替换后最优目标值，若针道替换后最优目标值优于第一优化值，将针道替换后最优目标值赋予第一优化值；继续随机替换序列P中的任一针道，直至第一优化值不再变化或针道替换次数超过第一阈值；生成包含施源柱的模板，模板与人体贴合，模板包含序列P中针道的引导孔；计划输出模块，输出模板的三维模型、针道序列P和放射粒子的位置数据；3D打印设备，利用3D打印技术，打印模板的三维模型、针道序列P和放射粒子的位置数据。
进一步地，影像处理模块在医学影像中标记肿瘤目标的方法，包括以下至少一种：根据肿瘤目标的时域或频域特征，检测医学影像中的肿瘤目标；人工勾画医学影像中的肿瘤目标。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：提出了一种后装放疗计划及3D打印模板一体化仿真设计方法及系统，自动生成放射治疗手术实施计划，避免了针道交叉的情况，缓解了传统的放射治疗计划对物理师的经验高度依赖，提高了手术计划的制定效率。利用迭代的优化方法对针道中放射粒子的驻留位置和驻留时间进行仿真，提升了治疗计划制定的效能。此外结合3D打印技术，使得治疗计划在物理模型中得以复现，实现个性化后装放射治疗模板、针道序列和放射粒子的打印复现，降低计划的复现难度，保证实际治疗的质量。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一种实施方式，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为本发明第一实施例一种后装放疗计划及3D打印模板一体化仿真设计方法流程示意图；
图2为本发明第一实施例计算优化流程示意图；
图3为本发明第二实施例一种后装放疗计划及3D打印模板一体化仿真设计系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
第一实施例：
图1为本发明第一实施例一种后装放疗计划及3D打印模板一体化仿真设计方法流程示意图，如图1所示，该方法包括如下7个步骤。
步骤S10：获取施源柱三维模型。需要进行说明的是，获取施源柱填塞后的施源柱三维模型，以作为生成后装放射治疗模板的基准，施源柱在实施后装放射治疗时置于人体内，放射治疗模板与施源柱连接，贴合于人体体表。获取的三维模型及后面生成的模板可用3D打印机进行打印。
步骤S11：在医学影像中标记肿瘤目标。具体地，获取施源柱填塞后的医学影像，在医学影像中标记肿瘤目标，建立包含肿瘤目标TV区域和OAR区域的三维影像，对三维影像均匀采样，获取目标点云数据。
需要进行说明的是，TV(Target Volume)治疗靶区为CTV(Clinical TargetVolume)临床靶区，包括已确定存在的肿瘤和潜在的受侵组织，GTV(Gross Tumor Volume)肿瘤区和周围的亚临床病灶构成CTV，放射治疗的目的在于杀灭TV区域的肿瘤细胞。OAR(Organ At Risk)危及器官区域是指放疗区域周边的正常器官，通常在放射治疗中会受到影响。
在一个可选的实施例中，根据肿瘤目标的时域或频域特征，检测医学影像中的肿瘤目标，即通过肿瘤目标的颜色和频率特征进行检测。或通过人工勾画的形式，将医学影像中的肿瘤目标标记。
步骤S12：生成后装放射治疗手术计划。具体地，在施源柱的指定范围内定义入针区域，对入针区域均匀采样，获取入针点云数据；生成针道序列，入针点云数据中任一点与目标点云数据中任一点组合为针道，随机生成针道序列P，序列P中的任意两个针道所在线段均无交点。
需要进行说明的是，针道的起始点设置在施源柱邻域，针道的终点则设置在目标点云数据中TV区域内，这样在针道中设置放射粒子，即可在TV区域杀灭肿瘤细胞。
步骤S13：后装放射治疗手术计划计算优化。具体地，在序列P中的针道设置若干放射粒子，利用梯度法对放射粒子的驻留点和驻留时间进行计算和优化，以满足设定的剂量分布。
在一个具体的实施例中，在序列P中的针道设置若干放射粒子之后，利用梯度法计算放射粒子的驻留位置和驻留时间，以使放射粒子的剂量在TV区域和OAR区域满足设定的剂量分布。需要进行说明的是，目标值的大小取决于放射粒子的剂量分布，目标值以剂量在TV区域内高且OAR区域低为优。调整放射粒子的驻留位置和驻留时间，可以改变目标值。
为了获取最优的目标值，一方面可以调整放射粒子的驻留位置和驻留时间，另一方面还可以结合针道的改变进行优化。图2为本发明第一实施例计算优化流程示意图，如图2所示，进行针道优化的步骤包括以下三步。
步骤S301：记录第一优化值。具体地，记录所述驻留点和驻留时间进行计算和优化之后的最优目标值为第一优化值。
步骤S302：随机替换针道序列中的针道。具体地，随机替换所述序列P中的任一针道，替换后所述序列P中的作意两个针道所在线段均无交点；采用梯度下降法优化所述驻留位置和驻留时间，以获取所述针道替换后最优目标值，若所述针道替换后最优目标值优于第一优化值，将所述针道替换后最优目标值赋予第一优化值。
步骤S303：迭代更新第一优化值。具体地，继续随机替换所述序列P中的任一针道，直至所述第一优化值不再变化或针道替换次数超过第一阈值。
步骤S14：生成放射治疗模板。具体地，生成包含施源柱的模板，模板与人体贴合，模板包含序列P中针道的引导孔。
需要进行说明的是，放射治疗模板用于贴合人体表面，在治疗时模板的引导孔起到固定针道位置的作用。在确定了针道序列后，就可以根据针道序列及需要贴合的人体部位生成虚拟的放射治疗模板。
步骤S15：输出三维模型和针道数据。具体地，输出模板的三维模型、针道序列P和放射粒子的位置数据，模板的三维模型和针道序列P的位置数据既可以在显示设备上显示，也可以推送到打印设备进行打印。
步骤S16：打印三维模型和针道数据。具体地，利用3D打印技术，打印模板的三维模型、针道序列P和放射粒子的位置数据。
需要进行说明的是，打印实体的三维模型和针道数据，可以更直观地复现手术计划。
第二实施例：
图3是本发明实施例一种后装放疗计划及3D打印模板一体化仿真设计系统结构示意图，如图3所示，系统包括：计算设备100和3D打印设备200，计算设备包括模型提取模块101，影像处理模块102，计划生成模块103和计划输出模块104。
模型提取模块101，获取施源柱填塞后的施源柱三维模型；
影像处理模块102，获取施源柱填塞后的医学影像，在在医学影像中标记肿瘤目标，建立包含肿瘤目标TV区域和OAR区域的三维影像，对三维影像均匀采样，获取目标点云数据；
计划生成模块103，在施源柱的指定范围内定义入针区域，对入针区域均匀采样，获取入针点云数据；生成针道序列，入针点云数据中任一点与目标点云数据中任一点组合为针道，随机生成针道序列P，序列P中的任意两个针道所在线段均无交点；在序列P中的针道设置若干放射粒子，利用梯度法对放射粒子的驻留点和驻留时间进行计算和优化，以满足设定的剂量分布；生成包含施源柱的模板，模板与人体贴合，模板包含序列P中针道的引导孔；
在一个具体的实施例中，在序列P中的针道设置若干放射粒子之后，计算放射粒子的驻留位置和驻留时间，以使放射粒子的剂量在TV区域和OAR区域满足设定的剂量分布。需要进行说明的是，目标值的大小取决于放射粒子的剂量分布，目标值以剂量在TV区域内高且OAR区域低为优。调整放射粒子的驻留位置和驻留时间，可以改变目标值。为了获取最优的目标值，一方面可以调整放射粒子的驻留位置和驻留时间，另一方面还可以结合针道的改变进行目标值的优化，具体流程如本发明第一实施例中针道优化的步骤。
计划输出模块104，输出模板的三维模型、针道序列P和放射粒子的位置数据；
3D打印设备200，利用3D打印技术，打印模板的三维模型、针道序列P和放射粒子的位置数据。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种后装放疗计划及3D打印模板一体化仿真设计方法，其特征在于，包括：
获取施源柱填塞后的施源柱三维模型；
获取施源柱填塞后的医学影像，在所述医学影像中标记肿瘤目标，建立包含所述肿瘤目标TV区域和OAR区域的三维影像，对所述三维影像均匀采样，获取目标点云数据；
在所述施源柱的指定范围内定义入针区域，对所述入针区域均匀采样，获取入针点云数据；
生成针道序列，所述入针点云数据中任一点与目标点云数据中任一点组合为针道，随机生成针道序列P，所述序列P中的任意两个针道所在线段均无交点；
在所述序列P中的针道设置若干放射粒子，利用梯度法对所述放射粒子的驻留点和驻留时间进行计算和优化，以满足设定的剂量分布，记录所述驻留点和驻留时间进行计算和优化之后的最优目标值为第一优化值；随机替换所述序列P中的任一针道，替换后所述序列P中的作意两个针道所在线段均无交点；采用梯度下降法优化所述驻留位置和驻留时间，以获取所述针道替换后最优目标值，若所述针道替换后最优目标值优于第一优化值，将所述针道替换后最优目标值赋予第一优化值；继续随机替换所述序列P中的任一针道，直至所述第一优化值不再变化或针道替换次数超过第一阈值；
生成包含所述施源柱的模板，所述模板与人体贴合，所述模板包含序列P中针道的引导孔；
输出所述模板的三维模型、针道序列P和放射粒子的位置数据；
利用3D打印技术，打印所述模板的三维模型、针道序列P和放射粒子的位置数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在医学影像中标记肿瘤目标的方法，包括以下至少一种：
根据所述肿瘤目标的时域或频域特征，检测所述医学影像中的肿瘤目标；
人工勾画所述医学影像中的肿瘤目标。
3.一种后装放疗计划及3D打印模板一体化仿真设计系统，其特征在于，包括：计算设备和3D打印设备，所述计算设备包括模型提取模块，影像处理模块，计划生成模块和计划输出模块；
模型提取模块，获取施源柱填塞后的施源柱三维模型；
影像处理模块，获取施源柱填塞后的医学影像，在所述在医学影像中标记肿瘤目标，建立包含所述肿瘤目标TV区域和OAR区域的三维影像，对所述三维影像均匀采样，获取目标点云数据；
计划生成模块，在所述施源柱的指定范围内定义入针区域，对所述入针区域均匀采样，获取入针点云数据；生成针道序列，所述入针点云数据中任一点与目标点云数据中任一点组合为针道，随机生成针道序列P，所述序列P中的任意两个针道所在线段均无交点；在所述序列P中的针道设置若干放射粒子，利用梯度法对所述放射粒子的驻留点和驻留时间进行计算和优化，以满足设定的剂量分布，记录所述驻留点和驻留时间进行计算和优化之后的最优目标值为第一优化值；随机替换所述序列P中的任一针道，替换后所述序列P中的作意两个针道所在线段均无交点；采用梯度下降法优化所述驻留位置和驻留时间，以获取所述针道替换后最优目标值，若所述针道替换后最优目标值优于第一优化值，将所述针道替换后最优目标值赋予第一优化值；继续随机替换所述序列P中的任一针道，直至所述第一优化值不再变化或针道替换次数超过第一阈值；生成包含所述施源柱的模板，所述模板与人体贴合，所述模板包含序列P中针道的引导孔；
计划输出模块，输出所述模板的三维模型、针道序列P和放射粒子的位置数据；
3D打印设备，利用3D打印技术，打印所述模板的三维模型、针道序列P和放射粒子的位置数据。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述影像处理模块在医学影像中标记肿瘤目标的方法，包括以下至少一种：
根据所述肿瘤目标的时域或频域特征，检测所述医学影像中的肿瘤目标；
人工勾画所述医学影像中的肿瘤目标。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112957620B (zh) * 2021-01-28 2022-09-27 苏州普能医疗科技有限公司 近距离放射治疗计划设计系统和方法
CN112933428B (zh) * 2021-01-28 2022-09-27 苏州普能医疗科技有限公司 插植导板设计方法和插植导板

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105963002A (zh) * 2016-08-01 2016-09-28 北京启麟科技有限公司 3d打印微创导向模板及其制造方法
CN106237547A (zh) * 2016-08-29 2016-12-21 西南医科大学附属医院 一种个体化近距离单管施源器的制作方法
CN107041998A (zh) * 2017-02-16 2017-08-15 西南医科大学附属医院 一种用于提高宫颈癌后装放射治疗计划准确度的制定方法
CN109499014A (zh) * 2018-12-29 2019-03-22 王世广 一种妇科肿瘤后装手术辅助装置的制作方法
CN109675207A (zh) * 2019-01-22 2019-04-26 天津大学 一种用于宫颈癌后装放疗的手术导板

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105963002A (zh) * 2016-08-01 2016-09-28 北京启麟科技有限公司 3d打印微创导向模板及其制造方法
CN106237547A (zh) * 2016-08-29 2016-12-21 西南医科大学附属医院 一种个体化近距离单管施源器的制作方法
CN107041998A (zh) * 2017-02-16 2017-08-15 西南医科大学附属医院 一种用于提高宫颈癌后装放射治疗计划准确度的制定方法
CN109499014A (zh) * 2018-12-29 2019-03-22 王世广 一种妇科肿瘤后装手术辅助装置的制作方法
CN109675207A (zh) * 2019-01-22 2019-04-26 天津大学 一种用于宫颈癌后装放疗的手术导板

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