一種基于3d打印的放射性粒子植入進針定位輔助系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于3D打印的放射性粒子植入進針定位輔助系統(tǒng),包括成像裝置、視頻照相跟蹤裝置、萬向支架、存儲裝置、計算單元及3D打印機;該系統(tǒng)綜合利用了醫(yī)學、機械學、計算機視覺、數(shù)字圖像處理、3D打印等多門學科技術(shù),解決了人體三維成像個體化和利用單幅圖像實現(xiàn)植入針治療過程位置跟蹤的關(guān)鍵技術(shù),實現(xiàn)了植入針治療過程的可視化,在盡量不增加醫(yī)療費用的前提下,較為顯著減少了手術(shù)過程中的盲視,提高了植入針治療腫瘤的效果和縮短了手術(shù)時間。
【專利說明】
一種基于3D打印的放射性粒子植入進針定位輔助系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種基于3D打印的放射性粒子植入進針定位輔助系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]頭頸部腫瘤包括頸部腫瘤、耳鼻喉科腫瘤以及口腔頌面部腫瘤三大部分。頸部腫瘤在綜合性醫(yī)院屬于普通外科,比較常見的就是甲狀腺腫瘤;耳鼻喉科腫瘤常見的有喉癌、副鼻竇癌等;口腔頌面部腫瘤常見的為各種口腔癌,如舌癌、牙齦癌、頰癌等。頭頸部所發(fā)生的腫瘤,其原發(fā)部位和病理類型之多,居全身腫瘤之首。超過90 %的頭頸部腫瘤為鱗狀細胞癌。最近10年全球頭頸部鱗狀細胞癌的發(fā)病率明顯上升。全球每年約有645,000例新發(fā)生的頭頸部癌病例。在大多數(shù)國家,頭頸部腫瘤男性多于女性,且年齡多50歲者多見。歐洲2002年的新發(fā)病例約為100800例,40000多例死亡。
[0003]頭頸部重要器官比較集中,解剖關(guān)系復雜,治療方法各異。它同時涉及頭頸腫瘤外科、腫瘤內(nèi)科學、放射治療、營養(yǎng)語言治療、社會工作、護理和康復等多學科的醫(yī)學領(lǐng)域。而一些部位的腫瘤需要有多學科相互協(xié)作配合的綜合治療,才能有效的提高治療效果。
[0004]粒子植入全稱為“放射性粒子植入治療技術(shù)”,是一種將放射源植入腫瘤內(nèi)部,讓其以摧毀腫瘤的治療手段。粒子植入治療技術(shù)涉及放射源,其核心是放射粒子?,F(xiàn)在臨床運用的是一種被稱為碘125的物質(zhì)。每個碘125粒子就像一個小太陽,其中心附近的射線最強,可最大限度降低對正常組織的損傷。放射性粒子植入治療技術(shù)主要依靠立體定向系統(tǒng)將放射性粒子準確植入瘤體內(nèi),通過微型放射源發(fā)出持續(xù)、短距離的放射線,使腫瘤組織遭受最大限度殺傷,而正常組織不損傷或只有微小損傷。碘125粒子放射性植入是在B超或CT影像學配合下,進行穿刺植入。計算機三維計劃系統(tǒng)的出現(xiàn)和CT、超聲引導下精確定位系統(tǒng)的保證,使放射性粒子組織間植入治療得到進一步應用。放射性粒子植入的實施方式有2種,一是直視手術(shù)下把腫瘤切除,然后在手術(shù)區(qū)腫瘤殘余部位及可能發(fā)生轉(zhuǎn)移處植入放射性粒子。另一種方法是在超聲、CT、MR和腹腔鏡等引導下把放射源直接植入不實施切除術(shù)的腫瘤實體內(nèi)或周圍組織,其具有腫瘤靶區(qū)劑量分布高度適形、均勻,周圍正常組織損傷更小,操作簡便而可在門診進行,術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率低等優(yōu)點。CT導引下放射性粒子植入治療顯示出比傳統(tǒng)外照射更多的優(yōu)勢,如治療區(qū)的定位精確,粒子分布與腫瘤形狀非常吻合,粒子治療范圍之外的放射劑量迅速減少,由于物理劑量分布的改善,正常組織并發(fā)癥明顯降低,與外照射相比降低了每個照射劑量單位的生物損傷效應。
[0005]但是放射性粒子植入技術(shù)目前面臨一系列問題:1.B超或CT引導下的放射性粒子植入過程嚴重依賴于醫(yī)生的臨床經(jīng)驗,粒子植入凈度和效率不高,植入效果及療效沒有考慮到個體腫瘤大小、性質(zhì)等因素;2.放射性粒子植入的位置和手術(shù)計劃設(shè)計的位置往往存在較大偏差,嚴重影響放射劑量場的分布,容易造成放射劑量的冷點。
[0006]以上問題嚴重制約了放射性粒子植入治療的規(guī)范化發(fā)展和臨床應用的推廣以及影響著治療效果的提升。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本實用新型提供了一種基于3D打印的放射性粒子植入進針定位輔助系統(tǒng),利用3D打印和計算機輔助放射性粒子植入針治療頭頸部腫瘤定位裝置能彌補現(xiàn)存治療手段的不足。
[0008]3D打印機又稱三維打印機,即快速成形技術(shù)的一種機器,它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù),是一種累積制造技術(shù),通過打印一層層的粘合材料來制造三維的物體,其基本原理是通過把數(shù)據(jù)和原料放進3D打印機中,機器會按照程序把產(chǎn)品一層層造出來,而打印出的產(chǎn)品,并可以即時使用。3D打印機過去常在模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域被用于制造模型,現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造,可用于珠寶,鞋類,工業(yè)設(shè)計,建筑,工程和施工,汽車,航空航天,牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè),教育,地理信息系統(tǒng),土木工程,和許多其他領(lǐng)域。
[0009]—種基于3D打印的放射性粒子植入進針定位輔助系統(tǒng),包括成像裝置、視頻照相跟蹤裝置、萬向支架、存儲裝置、計算單元及3D打印機;
[0010]所述成像裝置、視頻照相跟蹤裝置、存儲裝置及3D打印機均與所述計算單元相連;
[0011]所述成像裝置,用于獲取所述手術(shù)對象的待治療部位的B超圖像;
[0012]所述視頻照相跟蹤裝置,用于在進行放射性粒子植入針植入待治療腫瘤部位后,根據(jù)所述放射性粒子植入針的標記,實時跟蹤放射性粒子植入針的位置信息和運動情況;
[0013]所述萬向支架,用于承載所述視頻照相跟蹤裝置;
[0014]所述存儲裝置,用于存儲圖像數(shù)據(jù);
[0015]所述計算單元,包括三維重構(gòu)模塊、三維模型個體化模塊及配準模塊;
[0016]其中,所述三維重構(gòu)模塊,對所述B超圖像中的斷層圖像進行3D重構(gòu),得到標準3D豐旲型;
[0017]所述3D模型個體化模塊,基于手術(shù)對象的待治療部位的B超圖像數(shù)據(jù)與數(shù)字人標準3D模型中的相應部位,生成手術(shù)對象的個體化3D模型;
[0018]使用3D打印機打印個體化3D模型,得到個體化3D體模,手術(shù)中使用3D體模覆蓋在患者手術(shù)部位,按3D體模上提供的放射性粒子植入針的位置和計算機計算出的進針劑量進行放射性粒子植入;
[0019]所述配準模塊,根據(jù)所述視頻照相跟蹤裝置跟蹤的所述位置信息和所述頭頸部腫瘤性質(zhì)、大小、結(jié)構(gòu)狀況,以及根據(jù)所述個體化3D模型進行配準,以確立所述放射性粒子植入針在個體化3D模型中的進針位置;
[0020 ]所述3D打印機,用于打印三維模型個體化模塊生成的個體化3D模型。
[0021]還包括與所述計算機單元相連的顯示裝置,用于實時顯示經(jīng)配準后的所述放射性粒子植入針的位置。
[0022]【以反映所述放射性粒子植入針在所述人體頭頸部腫瘤組織中的運動情況?!?br>[0023]所述視頻照相跟蹤裝置為Micron Tracker2視頻跟蹤設(shè)備。
[0024]【用于實時跟蹤黑白相間的標記。】
[0025]有益效果
[0026]本實用新型提供了一種基于3D打印的放射性粒子植入進針定位輔助系統(tǒng),包括成像裝置、視頻照相跟蹤裝置、萬向支架、存儲裝置、計算單元及3D打印機;該系統(tǒng)綜合利用了醫(yī)學、機械學、計算機視覺、數(shù)字圖像處理、3D打印等多門學科技術(shù),解決了人體三維成像個體化和利用單幅圖像實現(xiàn)植入針治療過程位置跟蹤的關(guān)鍵技術(shù),實現(xiàn)了植入針治療過程的可視化,在盡量不增加醫(yī)療費用的前提下,較為顯著減少了手術(shù)過程中的盲視,提高了植入針治療腫瘤的效果和縮短了手術(shù)時間。
【附圖說明】
[0027]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面將結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做進一步的說明。
[0029]如圖1所示,一種基于3D打印的放射性粒子植入進針定位輔助系統(tǒng),包括成像裝置、視頻照相跟蹤裝置、萬向支架、存儲裝置、計算單元及3D打印機;
[0030]所述成像裝置、視頻照相跟蹤裝置、存儲裝置及3D打印機均與所述計算單元相連;
[0031]所述成像裝置,用于獲取所述手術(shù)對象的待治療部位的B超圖像;
[0032]所述視頻照相跟蹤裝置,用于在進行放射性粒子植入針植入待治療腫瘤部位后,根據(jù)所述放射性粒子植入針的標記,實時跟蹤放射性粒子植入針的位置信息和運動情況;
[0033]所述萬向支架,用于承載所述視頻照相跟蹤裝置;
[0034]所述存儲裝置,用于存儲圖像數(shù)據(jù);
[0035]所述計算單元,包括三維重構(gòu)模塊、三維模型個體化模塊及配準模塊;
[0036]其中,所述三維重構(gòu)模塊,對所述B超圖像中的斷層圖像進行3D重構(gòu),得到標準3D豐旲型;
[0037]所述3D模型個體化模塊,基于手術(shù)對象的待治療部位的B超圖像數(shù)據(jù)與數(shù)字人標準3D模型中的相應部位,生成手術(shù)對象的個體化3D模型;
[0038]使用3D打印機打印個體化3D模型,得到個體化3D體模,手術(shù)中使用3D體模覆蓋在患者手術(shù)部位,按3D體模上提供的放射性粒子植入針的位置和計算機計算出的進針劑量進行放射性粒子植入;
[0039]所述配準模塊,根據(jù)所述視頻照相跟蹤裝置跟蹤的所述位置信息和所述頭頸部腫瘤性質(zhì)、大小、結(jié)構(gòu)狀況,以及根據(jù)所述個體化3D模型進行配準,以確立所述放射性粒子植入針在個體化3D模型中的進針位置;
[0040 ]所述3D打印機,用于打印三維模型個體化模塊生成的個體化3D模型。
[0041]還包括與所述計算機單元相連的顯示裝置,用于實時顯示經(jīng)配準后的所述放射性粒子植入針的位置。
[0042]【以反映所述放射性粒子植入針在所述人體頭頸部腫瘤組織中的運動情況?!?br>[0043]所述視頻照相跟蹤裝置為Micron Tracker2視頻跟蹤設(shè)備。
[0044]【用于實時跟蹤黑白相間的標記?!?br>[0045]B超機成像裝置采集腫瘤部位圖像后,其圖像數(shù)據(jù)傳輸至計算機內(nèi),經(jīng)圖像控制處理系統(tǒng)處理后,為放射性粒子植入治療的進針過程的可視化提供了圖形基礎(chǔ),具有視頻跟蹤裝置的定位儀采集到標志點位置和進針位置,通過配準(首先做手術(shù)前需要CT模擬定位,在CT機上有套定位裝置,將病人固定到特定的位置不動,CT掃描后得到的數(shù)據(jù)在治療計劃系統(tǒng)中進行三維重建假體,模擬出人體,我們在計劃系統(tǒng)中模擬假體進行模擬手術(shù)進針,選用最佳的進針治療方式和劑量,根據(jù)最佳的進針路徑,計劃系統(tǒng)生成進針的導向模板,進行打印。手術(shù)治療時,患者睡在第一次定位時的定位裝置上,和第一次定位時的姿勢位置是完全重合的。將導向模板套上后就可進行插入植入針進行CT掃描驗證。現(xiàn)有技術(shù)的名稱是TPS:治療計劃系統(tǒng)(TPS)是放射治療常用的工具,根據(jù)它的計算可了解治療區(qū)相關(guān)的劑量分布,是一種高精度的放射治療,它以病人個體化設(shè)計為原則,采用CT模擬定位進行三維劑量計算和顯示,使空間劑量分布與三維靶體相符合,重要器官得到充分保護,減少了單純靠〃小竹桿劃框框〃的盲目性,應用TPS無疑是提高療效的最佳治療方案之一.在放療中,每一病例,尤其是體腔深部腫瘤都包括了從體模階段,計劃設(shè)計,計劃確認到計劃執(zhí)行這四個階段,四個環(huán)節(jié)的有機配合是放射治療取得成功的關(guān)鍵.)可以正確地顯示植入針在個體化3D模型中的進針位置、進針劑量,最終實現(xiàn)提高使用個體化3D打印模型輔助植入針治療過程的進針位置、進針劑量準確性,縮短手術(shù)時間。
【主權(quán)項】
1.一種基于3D打印的放射性粒子植入進針定位輔助系統(tǒng),其特征在于,包括成像裝置、視頻照相跟蹤裝置、萬向支架、存儲裝置、計算單元及3D打印機; 所述成像裝置、視頻照相跟蹤裝置、存儲裝置及3D打印機均與所述計算單元相連; 所述成像裝置,用于獲取手術(shù)對象的待治療部位的B超圖像; 所述視頻照相跟蹤裝置,用于在進行放射性粒子植入針植入待治療腫瘤部位后,根據(jù)所述放射性粒子植入針的標記,實時跟蹤放射性粒子植入針的位置信息和運動情況;所述萬向支架,用于承載所述視頻照相跟蹤裝置; 所述存儲裝置,用于存儲圖像數(shù)據(jù); 所述計算單元,包括三維重構(gòu)模塊、三維模型個體化模塊及配準模塊; 其中,所述三維重構(gòu)模塊,對所述B超圖像中的斷層圖像進行3D重構(gòu),得到標準3D模型;所述3D模型個體化模塊,基于手術(shù)對象的待治療部位的B超圖像數(shù)據(jù)與數(shù)字人標準3D模型中的相應部位,生成手術(shù)對象的個體化3D模型; 所述配準模塊,根據(jù)所述視頻照相跟蹤裝置跟蹤的所述位置信息和頭頸部腫瘤性質(zhì)、大小、結(jié)構(gòu)狀況,以及根據(jù)所述個體化3D模型進行配準,以確立所述放射性粒子植入針在個體化3D模型中的進針位置; 所述3D打印機,用于打印三維模型個體化模塊生成的個體化3D模型。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,還包括與所述計算機單元相連的顯示裝置,用于實時顯示經(jīng)配準后的所述放射性粒子植入針的位置。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng),其特征在于,所述視頻照相跟蹤裝置為MicronTracker2視頻跟蹤設(shè)備。
【文檔編號】A61M36/04GK205658974SQ201620054222
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年1月20日
【發(fā)明人】石峰, 黃瑞雪, 曾理, 柴文文, 張樹生, 李俞辰, 李軍, 李艷玲, 江濤
【申請人】石峰