CN205658974U - 一种基于3d打印的放射性粒子植入进针定位辅助系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于3D打印的放射性粒子植入进针定位辅助系统，包括成像装置、视频照相跟踪装置、万向支架、存储装置、计算单元及3D打印机；该系统综合利用了医学、机械学、计算机视觉、数字图像处理、3D打印等多门学科技术，解决了人体三维成像个体化和利用单幅图像实现植入针治疗过程位置跟踪的关键技术，实现了植入针治疗过程的可视化，在尽量不增加医疗费用的前提下，较为显著减少了手术过程中的盲视，提高了植入针治疗肿瘤的效果和缩短了手术时间。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于3D打印的放射性粒子植入进针定位辅助系统。
背景技术
头颈部肿瘤包括颈部肿瘤、耳鼻喉科肿瘤以及口腔颌面部肿瘤三大部分。颈部肿瘤在综合性医院属于普通外科，比较常见的就是甲状腺肿瘤；耳鼻喉科肿瘤常见的有喉癌、副鼻窦癌等；口腔颌面部肿瘤常见的为各种口腔癌，如舌癌、牙龈癌、颊癌等。头颈部所发生的肿瘤，其原发部位和病理类型之多，居全身肿瘤之首。超过90％的头颈部肿瘤为鳞状细胞癌。最近10年全球头颈部鳞状细胞癌的发病率明显上升。全球每年约有645,000例新发生的头颈部癌病例。在大多数国家，头颈部肿瘤男性多于女性，且年龄≥50岁者多见。欧洲2002年的新发病例约为100800例，40000多例死亡。
头颈部重要器官比较集中，解剖关系复杂，治疗方法各异。它同时涉及头颈肿瘤外科、肿瘤内科学、放射治疗、营养语言治疗、社会工作、护理和康复等多学科的医学领域。而一些部位的肿瘤需要有多学科相互协作配合的综合治疗，才能有效的提高治疗效果。
粒子植入全称为“放射性粒子植入治疗技术”，是一种将放射源植入肿瘤内部，让其以摧毁肿瘤的治疗手段。粒子植入治疗技术涉及放射源，其核心是放射粒子。现在临床运用的是一种被称为碘125的物质。每个碘125粒子就像一个小太阳，其中心附近的射线最强，可最大限度降低对正常组织的损伤。放射性粒子植入治疗技术主要依靠立体定向系统将放射性粒子准确植入瘤体内，通过微型放射源发出持续、短距离的放射线，使肿瘤组织遭受最大限度杀伤，而正常组织不损伤或只有微小损伤。碘125粒子放射性植入是在B超或CT影像学配合下，进行穿刺植入。计算机三维计划系统的出现和CT、超声引导下精确定位系统的保证，使放射性粒子组织间植入治疗得到进一步应用。放射性粒子植入的实施方式有2种，一是直视手术下把肿瘤切除，然后在手术区肿瘤残余部位及可能发生转移处植入放射性粒子。另一种方法是在超声、CT、MR和腹腔镜等引导下把放射源直接植入不实施切除术的肿瘤实体内或周围组织，其具有肿瘤靶区剂量分布高度适形、均匀,周围正常组织损伤更小，操作简便而可在门诊进行，术后并发症发生率低等优点。CT导引下放射性粒子植入治疗显示出比传统外照射更多的优势，如治疗区的定位精确，粒子分布与肿瘤形状非常吻合，粒子治疗范围之外的放射剂量迅速减少，由于物理剂量分布的改善，正常组织并发症明显降低，与外照射相比降低了每个照射剂量单位的生物损伤效应。
但是放射性粒子植入技术目前面临一系列问题：1.B超或CT引导下的放射性粒子植入过程严重依赖于医生的临床经验，粒子植入净度和效率不高，植入效果及疗效没有考虑到个体肿瘤大小、性质等因素；2.放射性粒子植入的位置和手术计划设计的位置往往存在较大偏差，严重影响放射剂量场的分布，容易造成放射剂量的冷点。
以上问题严重制约了放射性粒子植入治疗的规范化发展和临床应用的推广以及影响着治疗效果的提升。
发明内容
本实用新型提供了一种基于3D打印的放射性粒子植入进针定位辅助系统，利用3D打印和计算机辅助放射性粒子植入针治疗头颈部肿瘤定位装置能弥补现存治疗手段的不足。
3D打印机又称三维打印机，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，是一种累积制造技术，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体，其基本原理是通过把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来，而打印出的产品，并可以即时使用。3D打印机过去常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造，可用于珠宝，鞋类，工业设计，建筑，工程和施工，汽车，航空航天，牙科和医疗产业，教育，地理信息系统，土木工程，和许多其他领域。
一种基于3D打印的放射性粒子植入进针定位辅助系统，包括成像装置、视频照相跟踪装置、万向支架、存储装置、计算单元及3D打印机；
所述成像装置、视频照相跟踪装置、存储装置及3D打印机均与所述计算单元相连；
所述成像装置，用于获取所述手术对象的待治疗部位的B超图像；
所述视频照相跟踪装置，用于在进行放射性粒子植入针植入待治疗肿瘤部位后，根据所述放射性粒子植入针的标记，实时跟踪放射性粒子植入针的位置信息和运动情况；
所述万向支架，用于承载所述视频照相跟踪装置；
所述存储装置，用于存储图像数据；
所述计算单元，包括三维重构模块、三维模型个体化模块及配准模块；
其中，所述三维重构模块，对所述B超图像中的断层图像进行3D重构，得到标准3D模型；
所述3D模型个体化模块，基于手术对象的待治疗部位的B超图像数据与数字人标准3D模型中的相应部位，生成手术对象的个体化3D模型；
使用3D打印机打印个体化3D模型，得到个体化3D体模，手术中使用3D体模覆盖在患者手术部位，按3D体模上提供的放射性粒子植入针的位置和计算机计算出的进针剂量进行放射性粒子植入；
所述配准模块，根据所述视频照相跟踪装置跟踪的所述位置信息和所述头颈部肿瘤性质、大小、结构状况，以及根据所述个体化3D模型进行配准，以确立所述放射性粒子植入针在个体化3D模型中的进针位置；
所述3D打印机，用于打印三维模型个体化模块生成的个体化3D模型。
还包括与所述计算机单元相连的显示装置，用于实时显示经配准后的所述放射性粒子植入针的位置。
【以反映所述放射性粒子植入针在所述人体头颈部肿瘤组织中的运动情况。】
所述视频照相跟踪装置为Micron Tracker2视频跟踪设备。
【用于实时跟踪黑白相间的标记。】
有益效果
本实用新型提供了一种基于3D打印的放射性粒子植入进针定位辅助系统，包括成像装置、视频照相跟踪装置、万向支架、存储装置、计算单元及3D打印机；该系统综合利用了医学、机械学、计算机视觉、数字图像处理、3D打印等多门学科技术，解决了人体三维成像个体化和利用单幅图像实现植入针治疗过程位置跟踪的关键技术，实现了植入针治疗过程的可视化，在尽量不增加医疗费用的前提下，较为显著减少了手术过程中的盲视，提高了植入针治疗肿瘤的效果和缩短了手术时间。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。
如图1所示，一种基于3D打印的放射性粒子植入进针定位辅助系统，包括成像装置、视频照相跟踪装置、万向支架、存储装置、计算单元及3D打印机；
所述成像装置、视频照相跟踪装置、存储装置及3D打印机均与所述计算单元相连；
所述成像装置，用于获取所述手术对象的待治疗部位的B超图像；
所述视频照相跟踪装置，用于在进行放射性粒子植入针植入待治疗肿瘤部位后，根据所述放射性粒子植入针的标记，实时跟踪放射性粒子植入针的位置信息和运动情况；
所述万向支架，用于承载所述视频照相跟踪装置；
所述存储装置，用于存储图像数据；
所述计算单元，包括三维重构模块、三维模型个体化模块及配准模块；
其中，所述三维重构模块，对所述B超图像中的断层图像进行3D重构，得到标准3D模型；
所述3D模型个体化模块，基于手术对象的待治疗部位的B超图像数据与数字人标准3D模型中的相应部位，生成手术对象的个体化3D模型；
使用3D打印机打印个体化3D模型，得到个体化3D体模，手术中使用3D体模覆盖在患者手术部位，按3D体模上提供的放射性粒子植入针的位置和计算机计算出的进针剂量进行放射性粒子植入；
所述配准模块，根据所述视频照相跟踪装置跟踪的所述位置信息和所述头颈部肿瘤性质、大小、结构状况，以及根据所述个体化3D模型进行配准，以确立所述放射性粒子植入针在个体化3D模型中的进针位置；
所述3D打印机，用于打印三维模型个体化模块生成的个体化3D模型。
还包括与所述计算机单元相连的显示装置，用于实时显示经配准后的所述放射性粒子植入针的位置。
【以反映所述放射性粒子植入针在所述人体头颈部肿瘤组织中的运动情况。】
所述视频照相跟踪装置为Micron Tracker2视频跟踪设备。
【用于实时跟踪黑白相间的标记。】
B超机成像装置采集肿瘤部位图像后，其图像数据传输至计算机内，经图像控制处理系统处理后，为放射性粒子植入治疗的进针过程的可视化提供了图形基础，具有视频跟踪装置的定位仪采集到标志点位置和进针位置，通过配准(首先做手术前需要CT模拟定位，在CT机上有套定位装置，将病人固定到特定的位置不动，CT扫描后得到的数据在治疗计划系统中进行三维重建假体，模拟出人体，我们在计划系统中模拟假体进行模拟手术进针，选用最佳的进针治疗方式和剂量，根据最佳的进针路径，计划系统生成进针的导向模板，进行打印。手术治疗时，患者睡在第一次定位时的定位装置上，和第一次定位时的姿势位置是完全重合的。将导向模板套上后就可进行插入植入针进行CT扫描验证。现有技术的名称是TPS：治疗计划系统(TPS)是放射治疗常用的工具,根据它的计算可了解治疗区相关的剂量分布,是一种高精度的放射治疗,它以病人个体化设计为原则,采用CT模拟定位进行三维剂量计算和显示,使空间剂量分布与三维靶体相符合,重要器官得到充分保护,减少了单纯靠"小竹杆划框框"的盲目性,应用TPS无疑是提高疗效的最佳治疗方案之一.在放疗中,每一病例,尤其是体腔深部肿瘤都包括了从体模阶段,计划设计,计划确认到计划执行这四个阶段,四个环节的有机配合是放射治疗取得成功的关键.)可以正确地显示植入针在个体化3D模型中的进针位置、进针剂量，最终实现提高使用个体化3D打印模型辅助植入针治疗过程的进针位置、进针剂量准确性，缩短手术时间。
Claims (3)
1.一种基于3D打印的放射性粒子植入进针定位辅助系统，其特征在于，包括成像装置、视频照相跟踪装置、万向支架、存储装置、计算单元及3D打印机；
所述成像装置、视频照相跟踪装置、存储装置及3D打印机均与所述计算单元相连；
所述成像装置，用于获取手术对象的待治疗部位的B超图像；
所述视频照相跟踪装置，用于在进行放射性粒子植入针植入待治疗肿瘤部位后，根据所述放射性粒子植入针的标记，实时跟踪放射性粒子植入针的位置信息和运动情况；
所述万向支架，用于承载所述视频照相跟踪装置；
所述存储装置，用于存储图像数据；
所述计算单元，包括三维重构模块、三维模型个体化模块及配准模块；
其中，所述三维重构模块，对所述B超图像中的断层图像进行3D重构，得到标准3D模型；
所述3D模型个体化模块，基于手术对象的待治疗部位的B超图像数据与数字人标准3D模型中的相应部位，生成手术对象的个体化3D模型；
所述配准模块，根据所述视频照相跟踪装置跟踪的所述位置信息和头颈部肿瘤性质、大小、结构状况，以及根据所述个体化3D模型进行配准，以确立所述放射性粒子植入针在个体化3D模型中的进针位置；
所述3D打印机，用于打印三维模型个体化模块生成的个体化3D模型。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括与所述计算机单元相连的显示装置，用于实时显示经配准后的所述放射性粒子植入针的位置。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述视频照相跟踪装置为MicronTracker2视频跟踪设备。
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|---|---|---|---|---|
| CN109173090A (zh) * | 2018-09-20 | 2019-01-11 | 成都真实维度科技有限公司 | 激光照射引导控制肿瘤放射性粒子植入深度的提示系统 |
| CN116035832A (zh) * | 2021-10-25 | 2023-05-02 | 爱尔博卓见有限责任公司 | 用于配准实况和扫描图像的装置和方法 |
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