CN113018674B - 组织间插植导板的制作方法和组织间插植导板 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种组织间插植导板的制作方法和组织间插植导板，该制作方法包括如下步骤：S1：对患者进行阴道填塞，并通过扫描获取患者影像信息；S2：根据患者影像信息勾画阴道轮廓、靶区和危及器官，以获取轮廓结构数据；S3：根据勾画的阴道轮廓、靶区和危及器官的位置和形状进行插植针道设计，以获取插植针道计划模型；S4：输出插植针道计划模型并三维重建插植导板，以获取插植导板三维重建模型。通过本发明的组织间插植导板的制作方法，能得到符合患者个体化生理特征的插植导板，该导板使用过程较常规施源器更安全、更快捷，同时能得到更好的剂量曲线，减少患者的治疗副反应，提高治疗效果，具有极高的应用价值。

Description

组织间插植导板的制作方法和组织间插植导板

技术领域

本发明涉及组织间插植放疗领域，尤其涉及一种组织间插植导板的制作方法和组织间插植导板。

背景技术

组织间插植放疗是宫颈癌治疗的重要技术手段，针对局部肿瘤较大、肿瘤偏心性生长、侵犯盆壁的中晚期宫颈癌患者，该技术是一种必不可少的治疗手段，能够提升近期缓解率及控制率，减少并发症并降低局部复发率、远处转移率及死亡率。利用放射源近源处剂量极高，随着距离的增加，剂量迅速跌落的特点，使得病灶受高剂量的同时，有效控制周围正常组织的剂量。

组织间插值放疗已发展百余年，目前普遍采用常规插植施源器进行治疗。经过大量临床实践发现常规插植施源器适形性、灵活性差，在某些情况下，亚洲女性患者无法使用已有的常规施源器进行治疗。对于宫旁受侵范围大、形状不规则的肿瘤，常规施源器往往难以满足剂量需求；同时常规施源器无植入深度的指示，需通过CT或超声的不断引导，费时费力的同时，增加了临床操作的难度及患者的痛苦。使用常规施源器进行治疗的一个重要条件是医生具有丰富的临床经验，能够依据查体结果和影像资料确定插植的位置、方向及深度，进而准确无误地实施插植，国内有这种能力的医生并不多，因而限制了该项技术的使用。

为解决以上的问题，临床工作者与工程技术人员进行了大量尝试，结合3D打印技术制作组织间插植导向模板。目前已有的模板是在圆柱状的阴道塞子上均匀分布插植针道，临床医生根据患者的肿瘤特点选定其中的针道进行插植。上述的导向模板虽然可以解决插植针在三维空间不相交的问题，同时具有一定的个体特征，但是导向模板为统一的圆柱状，患者的舒适程度不高，同时等间隔的插植针道降低了导向模板的利用率，无法达到最理想的剂量适形度。因此，设计有效、安全、便捷的插植模板，以还原最理想的治疗方案对组织间插植放疗的应用和发展具有重要意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种组织间插植导板的制作方法，其包括如下步骤：S1：对患者进行阴道填塞，并通过扫描获取患者影像信息；S2：根据患者影像信息勾画阴道轮廓、靶区和危及器官，以获取轮廓结构数据；S3：根据勾画的阴道轮廓、靶区和危及器官的位置和形状进行插植针道设计，以获取插植针道计划模型；S4：输出插植针道计划模型并三维重建插植导板。

进一步地，在步骤S1中，在进行阴道填塞后，在阴道外缘2cm处的纱布上放置铅点以用于标记插植导板的底面，然后通过扫描获取患者影像信息。

进一步地，步骤S3包括：S30：以铅点所在平面为底面，设置插植针道的起点，在靶区顶端选取插植针道的终点，通过确定插植针道的起点及终点来确定插植针道的位置和方向，然后进行至步骤S31；S31：根据插植针道的起点及终点重建插植针道，然后进行至步骤S32；S32：根据靶区形状设置放射源驻留点，然后进行至步骤S33；S33：设置靶区处方剂量和危及器官约束条件，优化放射源驻留点位置及时间，以获得剂量分布优化结果，然后进行至步骤S34；S34：评估剂量分布优化结果是否满足预定条件，如果不满足，则跳转到步骤S33以重新调整约束条件，否则进行至步骤S35；S35：跳转至步骤S4。

进一步地，在步骤S35中，在跳转至步骤S4之前，还包括如下步骤：确定每个插植针道的导板外插植针长度，所述导板外插植针长度是指在进行插植时将暴露在导板外的由医生可见且可量取的长度，所述导板外插植针长度用于方便医生控制入针深度，其中，导板外插植针长度＝插植针总长度-(第一个驻留点到阴道轮廓尾端的长度+插植针的offset值)，插植针总长度为固定值，第一个驻留点是指插植针道内离阴道轮廓最远的驻留点，插植针的offset值是指第一个驻留点与插植针针尖的距离。

进一步地，在步骤S34中的预定条件包括：(1)靶区90％的体积达到处方剂量，且危及器官低于患者耐受量；(2)插植针道在阴道内从穹隆入针；(3)入针深度既满足剂量要求又避免损伤危及器官；(4)各个插植针道在三维空间内不相交、不相叠。

进一步地，步骤S4包括：S40：导出患者影像信息、轮廓结构数据以及插植针道计划模型；S41：从轮廓结构数据中读取阴道轮廓数据来进行三维重建，以获得插植导板的初始形状模型；S42：基于患者影像信息中的铅点所在位置创建插植导板的延伸段模型；S43：将插植导板的初始形状模型与延伸段模型进行合并，并进行表面平滑，以获得完整的平滑插植导板模型；S44：从插植针道计划模型中读取每个插植针道的放射源驻留点的坐标，创建插植针道模型；S45：将平滑插植导板模型与插植针道模型进行布尔运算，以得到含有插植针道的插植导板模型。

进一步地，在步骤S42中，从患者影像信息中识别铅点所在层面的阴道轮廓为上底面，以远离该层面1-3cm的距离创建长轴为3-5cm、短轴为2-4cm的椭圆轮廓为下底面，来创建插植导板的延伸段模型。

进一步地，在步骤S45之后，步骤S4还包括：S46：检查步骤S45中获得的插植导板模型中的所有插植针道，如果有外露的插植针道，则将该插植针道对应的圆柱模型复制并外扩后再与插植导板模型进行布尔运算，以保证所有插植针道包裹在插值导板模型的内部；S47：在插植导板模型的椭圆底面靠近直肠的方向，创建方形固定柱，进行三维建模后获得最终的插值导板模型；S48：将最终的插值导板模型导出为3D打印机支持的三维模型文件。

进一步地，所述制作方法还包括：S5：将导出的三维模型文件输入至3D打印机，并选取满足生物相容性要求的打印材料进行3D打印；S6：对打印出的插植导板进行消毒处理。

本发明还公开了一种组织间插植导板，其通过如上所述的制作方法制作而成。

通过本发明的组织间插植导板的制作方法，能得到符合患者个体化生理特征的插植导板，该导板使用过程较常规施源器更安全、更快捷，同时能得到更好的剂量曲线，减少患者的治疗副反应，提高治疗效果，具有极高的应用价值。

附图说明

图1是本发明的组织间插植导板的制作方法的流程图；

图2是本发明的插植针道的设计流程图；

图3是本发明的三维重建插植导板的流程图；

图4是本发明的插植导板的三维模型的示意图；

图5是通过本发明制作的插植导板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

本发明改进目前临床使用的组织间插植治疗的方法的缺陷，如徒手插植对医生的临床经验要求高、剂量学效果差，插植针在靶区内相交而无法重建施源器等问题，提出一种设计并制作安全、有效、便捷的组织间插植放疗导板的方法。

在本发明的一实施方式中，如图1所示，本发明的组织间插植导板的制作方法包括如下步骤：

S1：对患者进行阴道填塞，并通过扫描获取患者影像信息。具体地，患者截石位平躺于治疗床上，双腿分开，双膝弯曲，置入阴道窥器，用巾钳于阴道内填入纱条，边塞边压边退窥器，直至阴道内填满，填塞达到患者舒适的程度，进一步地，还可以在阴道外援2cm处的纱布上放置铅点，以用于标记插植导板的底面。完成填塞后，患者双腿平放，进行CT扫描以获取CT患者影像，层厚例如为2.5mm，当然，可替代地，也可进行MR扫描来获取MR患者影像。

S2：根据患者影像信息勾画阴道轮廓、靶区和危及器官，以获取轮廓结构数据。可根据患者的诊断影像(CT或MR患者影像)及查体结果勾画靶区(HR-CTV、IR-CTV)及危及器官，并根据患者影像勾画出纱布填塞的区域，即阴道的形状或轮廓，通过该方式得到的阴道形状完全反映了患者的生理特征，在后续应用于实施治疗时将不存在无法使用或不舒适的情况。

S3：根据勾画的阴道轮廓、靶区和危及器官的位置和形状进行插植针道设计，以获取插植针道计划模型。

S4：输出插植针道计划模型并三维重建插植导板，以获取插植导板三维重建模型。

在具体实施例中，如图2所示，步骤S3可以包括如下步骤：

S30：以铅点所在平面为底面，设置插植针道的起点(入针口)，在靶区顶端选取插植针道的终点，通过确定插植针道的起点及终点来确定插植针道的位置和方向。

S31：根据插植针道的起点及终点重建插植针道，以模拟插植针形成的施源通道。

S32：根据靶区形状设置放射源驻留点(驻留点位置)。

S33：设置靶区处方剂量和危及器官约束条件，优化放射源驻留点位置及时间，以获得剂量分布优化结果。

S34：评估剂量分布优化结果是否满足预定条件，如果不满足，则跳转到步骤S33以重新调整约束条件，进而得到新的驻留点位置和时间的方案，否则进行至步骤S35。

S35：跳转至步骤S4。

例如，对于一个优秀的宫颈癌组织间插植放疗计划，一般需要满足如下条件：1、靶区90％的体积达到处方剂量，整体适形度好，且危及器官低于患者耐受量；2、插植通道在阴道内从穹隆入针，避免入针时擦伤阴道；3、合理的深度既满足剂量要求，又避免损伤危及器官；4、插植通道位置合理，各插植通道在三维空间内不相交、不相叠，在实际治疗计划中能清晰的重建施源通道。

因此，在具体实施例中，上述步骤S34中的预定条件可以包括以上四个条件，当然可以理解的，也可以根据实际情况添加其他条件。

进一步地，为了后续进行三维重建导板时，在导板的相应入针口位置进行标识插植深度，以方便医生后续进行插植治疗时控制进针深度，在上述步骤S35中，在跳转至步骤S4之前，进一步执行如下步骤：确定每个插植针道的模板外插植针长度，所述模板外插植针长度是指在进行插植时将暴露在模板外的由医生可见且可量取的长度，所述模板外插植针长度用于方便医生控制入针深度，其中，模板外插植针长度＝插植针总长度-(第一个驻留点到阴道轮廓尾端(其对应于最终制作出的导板尾端)的长度+插植针的offset值)，插植针总长度为固定值，第一个驻留点是指插植针道内离阴道轮廓最远的驻留点，插植针的offset值是指第一个驻留点与插植针针尖的距离。另外，还可以对每个入针口的位置进行编号。

在具体实施例中，参见图3，上述步骤S4可以包括：

S40：导出患者影像信息、轮廓结构数据以及插植针道计划模型；

S41：从轮廓结构数据中读取阴道轮廓数据来进行三维重建，以获得插植导板的初始形状模型；

S42：基于患者影像信息中的铅点所在位置创建插植导板的延伸段模型；

S43：将插植导板的初始形状模型与延伸段模型进行合并，并进行表面平滑，以获得完整的平滑插植导板模型；

S44：从插植针道计划模型中读取每个插植针道的放射源驻留点的坐标，创建插植针道模型，具体地，读取每个插植针道的所有源驻留控制点坐标，取每个针道第一个控制点和最后一个控制点的坐标为针道模型的中心轴线，以实际插植针的直径加上容差尺寸为导板针道的直径，创建圆柱体为所有针道的模型；

S45：将平滑插植导板模型与插植针道模型进行布尔运算(即，从平滑导板模型中减去所有针道模型)，以得到含有插植针道的插植导板模型。

具体地，在步骤S42中，从患者影像信息中识别铅点所在层面的阴道轮廓为上底面，以远离该层面1-3cm的距离创建长轴为3-5cm、短轴为2-4cm的椭圆轮廓为下底面，来创建插植导板的延伸段模型。

进一步地，在步骤S45之后，步骤S4还可以包括：

S46：检查步骤S45中获得的插植导板模型中的所有插植针道，如果有外露的插植针道，则将该插植针道对应的圆柱模型复制并外扩后再与插植导板模型进行布尔运算，以保证所有插植针道包裹在插值导板模型的内部；

S47：在插植导板模型的椭圆底面靠近直肠的方向，创建方形固定柱，进行三维建模后获得最终的插值导板模型，例如可以创建一个高度约1cm边长约5mm的方形柱，以用于后续进行插植治疗时进行外部固定；

S48：将最终的插值导板模型导出为3D打印机支持的三维模型文件。

如图4所示，其示出了包含插植针道的插植导板的三维模型，其中，标号1表示包裹在导板模型内的插植通道，标号2表示用于进行外部固定的方形柱，标号3表示导板的椭圆底面。通过该方形柱2，可以在后续应用于治疗时连接棍状结构，以通过夹子连接治疗床，从而可以很好的固定患者的体位及插植导板的位置。

进一步地，本发明的组织插植导板的制作方法还可以包括：

S5：将导出的三维模型文件输入至3D打印机，并选取满足生物相容性要求的打印材料进行3D打印；

S6：对打印出的导板进行消毒处理，例如可以进行环氧乙烷消毒处理，之后进行密封保存。

本发明所公开的组织间插植导板的制作方法具有如下特点：A、在预计划阶段反复进行试验，找到能实现的最优治疗方案，得到理想的剂量曲线，同时避免刺伤危及器官等副反应；B、通过程序抓取计划文件中的导板形状、起始驻留点及最远驻留点的位置，该方法可以方便快捷的重建三维导板模型。

在本发明的另一实施方式中，还公开了一种组织间插植导板，其通过如上所述的制作方法制作而成。

参见图5，其示出了通过本发明制作的插植导板的结构示意图。在图5中，标号10为所制作的符合患者生理特征的个体化插植导板；标号20表示插植针植入部分，即插植通道中的端点与最后一个驻留点的距离+offset的值，该部分可在计划系统中直接量取；标号30为导板外插植针长度，导板外插植针长度＝插植针总长度-(第一个驻留点到导板尾端的长度+插植针的offset值)；标号40为固定棒与导板的连接结构，其能够很好的固定患者的位置及导板位置；标号50为具有位置、方向的插植通道；标号60为标识模具方向的椭圆底面，其中，长轴为患者的左右方向。

通过上述制作方法制作的插植导板具有以下结构特点：A、个体化阴道导向模板，可以很好的反应患者的阴道特点，具有良好的贴合度和舒适性，同时提高治疗效果的重复性；B、底面超出患者外阴2cm，不仅可以方便医生的拔插导向模板，同时不会摩擦患者的外阴，具有较好的的舒适性；C、底面成椭圆形，长轴为患者的左右方向(三点和九点的方向)，突起结构为地面方向(6点钟方向)，简单明了的标识了模板的位置；D、突起结构(方形柱)避开12点的方向，因而不会刺激敏感的尿道口，突起结构可以连接棍状结构，通过夹子连接治疗床，可以很好的固定患者的体位及插植导向模板的位置。

本发明的技术方案带来的有益效果

1.减少组织间插植放疗的损伤。插植针确定的位置、方向和深度避免了徒手插植反复调针的情况，减少了组织的损伤及患者的痛苦。同时，插植针道确定了插植针插入的位置、方向及深度，降低了医生插植操作经验，提高了治疗效率，有利于组织间插植放疗技术应用与推广，可以让更多的患者受益。

2、本发明提到的方法，事先通过预计划找到患者的理想插植治疗方案，在剂量学上更有优势，同时避免了危及器官不必要的损伤，具有良好的临床疗效。

3、阴道的个体化建模，解决阴道相对狭窄特别是阴道受侵或萎缩变窄的患者无法使用常规施源器的情况，扩大了组织间插植放疗的适用范围。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种组织间插植导板的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：通过扫描获取患者阴道影像信息；

S2：根据患者影像信息勾画阴道轮廓、靶区和危及器官，以获取轮廓结构数据；

S3：根据勾画的阴道轮廓、靶区和危及器官的位置和形状进行插植针道设计，以获取插植针道计划模型；

S4：输出插植针道计划模型并三维重建插植导板，以获取插植导板三维重建模型；

S5：将三维模型文件输入至3D打印机，并选取满足生物相容性要求的打印材料进行3D打印，以打印获得插植导板；其中，

步骤S4包括：

S40：导出患者影像信息、轮廓结构数据以及插植针道计划模型；

S41：从轮廓结构数据中读取阴道轮廓数据来进行三维重建，以获得插植导板的初始形状模型；

S42：基于患者影像信息中的铅点所在位置创建插植导板的延伸段模型；

S43：将插植导板的初始形状模型与延伸段模型进行合并，并进行表面平滑，以获得完整的平滑插植导板模型；

S44：从插植针道计划模型中读取每个插植针道的放射源驻留点的坐标，创建插植针道模型；

S45：将平滑插植导板模型与插植针道模型进行布尔运算，以得到含有插植针道的插植导板模型。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，步骤S3包括：

S30：以铅点所在平面为底面，设置插植针道的起点，在靶区顶端选取插植针道的终点，通过确定插植针道的起点及终点来确定插植针道的位置和方向，然后进行至步骤S31；

S31：根据插植针道的起点及终点重建插植针道，然后进行至步骤S32；

S32：根据靶区形状设置放射源驻留点，然后进行至步骤S33；

S33：设置靶区处方剂量和危及器官约束条件，优化放射源驻留点位置及时间，以获得剂量分布优化结果，然后进行至步骤S34；

S34：评估剂量分布优化结果是否满足预定条件，如果不满足，则跳转到步骤S33以重新调整约束条件，否则进行至步骤S35；

S35：跳转至步骤S4。

3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，在步骤S35中，在跳转至步骤S4之前，还包括如下步骤：

确定每个插植针道的导板外插植针长度，所述导板外插植针长度是指在进行插植时将暴露在导板外的由医生可见且可量取的长度，其中，导板外插植针长度=插植针总长度-（第一个驻留点到阴道轮廓尾端的长度+插植针的offset值），插植针总长度为固定值，第一个驻留点是指插植针道内离阴道轮廓最远的驻留点，插植针的offset值是指第一个驻留点与插植针针尖的距离。

4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，在步骤S34中的预定条件包括：（1）靶区90%的体积达到处方剂量，且危及器官低于患者耐受量；（2）各个插植针道在三维空间内不相交、不相叠。

5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在步骤S42中，从患者影像信息中识别铅点所在层面的阴道轮廓为上底面，以远离该层面1-3cm的距离创建长轴为3-5cm、短轴为2-4cm的椭圆轮廓为下底面，来创建插植导板的延伸段模型。

6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，在步骤S45之后，步骤S4还包括：

S46：检查步骤S45中获得的插植导板模型中的所有插植针道，如果有外露的插植针道，则将该插植针道对应的圆柱模型复制并外扩后再与插植导板模型进行布尔运算，以保证所有插植针道包裹在插值导板模型的内部；

S47：在插植导板模型的椭圆底面靠近直肠的方向，创建方形固定柱，进行三维建模后获得最终的插值导板模型；

S48：将最终的插值导板模型导出为3D打印机支持的三维模型文件。

7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：

S6：对打印出的插植导板进行消毒处理。

8.一种组织间插植导板，其特征在于，通过如权利要求1至7中任一项所述的制作方法制作而成。

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