[發明專利]后裝放療計劃及3D打印模板一體化仿真設計方法及系統

有效

• 申請號: 202011152531.4
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112245815B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 劉博;肖卓;周付根
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: A61N5/10
• 分類號: A61N5/10;G06T17/00;G16H50/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種后裝放療計劃及3D打印模板一體化仿真設計方法，其特征在于，包括：

獲取施源柱填塞后的施源柱三維模型；

獲取施源柱填塞后的醫學影像，在所述醫學影像中標記腫瘤目標，建立包含所述腫瘤目標TV區域和OAR區域的三維影像，對所述三維影像均勻采樣，獲取目標點云數據；

在所述施源柱的指定范圍內定義入針區域，對所述入針區域均勻采樣，獲取入針點云數據；

生成針道序列，所述入針點云數據中任一點與目標點云數據中任一點組合為針道，隨機生成針道序列P，所述序列P中的任意兩個針道所在線段均無交點；

在所述序列P中的針道設置若干放射粒子，利用梯度法對所述放射粒子的駐留點和駐留時間進行計算和優化，以滿足設定的劑量分布，記錄所述駐留點和駐留時間進行計算和優化之后的最優目標值為第一優化值；隨機替換所述序列P中的任一針道，替換后所述序列P中的作意兩個針道所在線段均無交點；采用梯度下降法優化所述駐留位置和駐留時間，以獲取所述針道替換后最優目標值，若所述針道替換后最優目標值優于第一優化值，將所述針道替換后最優目標值賦予第一優化值；繼續隨機替換所述序列P中的任一針道，直至所述第一優化值不再變化或針道替換次數超過第一閾值；

生成包含所述施源柱的模板，所述模板與人體貼合，所述模板包含序列P中針道的引導孔；

輸出所述模板的三維模型、針道序列P和放射粒子的位置數據；

利用3D打印技術，打印所述模板的三維模型、針道序列P和放射粒子的位置數據。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述在醫學影像中標記腫瘤目標的方法，包括以下至少一種：

根據所述腫瘤目標的時域或頻域特征，檢測所述醫學影像中的腫瘤目標；

人工勾畫所述醫學影像中的腫瘤目標。

3.一種后裝放療計劃及3D打印模板一體化仿真設計系統，其特征在于，包括：計算設備和3D打印設備，所述計算設備包括模型提取模塊，影像處理模塊，計劃生成模塊和計劃輸出模塊；

模型提取模塊，獲取施源柱填塞后的施源柱三維模型；

影像處理模塊，獲取施源柱填塞后的醫學影像，在所述在醫學影像中標記腫瘤目標，建立包含所述腫瘤目標TV區域和OAR區域的三維影像，對所述三維影像均勻采樣，獲取目標點云數據；

計劃生成模塊，在所述施源柱的指定范圍內定義入針區域，對所述入針區域均勻采樣，獲取入針點云數據；生成針道序列，所述入針點云數據中任一點與目標點云數據中任一點組合為針道，隨機生成針道序列P，所述序列P中的任意兩個針道所在線段均無交點；在所述序列P中的針道設置若干放射粒子，利用梯度法對所述放射粒子的駐留點和駐留時間進行計算和優化，以滿足設定的劑量分布，記錄所述駐留點和駐留時間進行計算和優化之后的最優目標值為第一優化值；隨機替換所述序列P中的任一針道，替換后所述序列P中的作意兩個針道所在線段均無交點；采用梯度下降法優化所述駐留位置和駐留時間，以獲取所述針道替換后最優目標值，若所述針道替換后最優目標值優于第一優化值，將所述針道替換后最優目標值賦予第一優化值；繼續隨機替換所述序列P中的任一針道，直至所述第一優化值不再變化或針道替換次數超過第一閾值；生成包含所述施源柱的模板，所述模板與人體貼合，所述模板包含序列P中針道的引導孔；

計劃輸出模塊，輸出所述模板的三維模型、針道序列P和放射粒子的位置數據；

3D打印設備，利用3D打印技術，打印所述模板的三維模型、針道序列P和放射粒子的位置數據。

4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述影像處理模塊在醫學影像中標記腫瘤目標的方法，包括以下至少一種：

根據所述腫瘤目標的時域或頻域特征，檢測所述醫學影像中的腫瘤目標；

人工勾畫所述醫學影像中的腫瘤目標。