[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

本發明公開了一種后裝放療計劃及3D打印模板一體化仿真設計方法及系統，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，在醫學影像中標記腫瘤目標，獲取目標點云數據，在施源柱的指定范圍內定義入針區域，生成針道序列，在序列P中的針道設置若干放射粒子，利用梯度法對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；生成包含施源柱的模板；利用3D打印技術，打印模板的三維模型、針道序列P等數據。相比于現有技術，本發明提出的方案緩解了傳統后裝放射治療手術計劃制定對醫師的經驗高度依賴，提升了治療計劃制定的效能。結合3D打印技術，使得治療計劃在物理模型中得以復現，保證了實際治療的質量。

技術領域

本發明涉及虛擬手術技術領域，特別是涉及一種后裝放療計劃及3D打印模板一體化仿真設計方法及系統。

背景技術

后裝放射治療法是近距離放射治療的一種，它使用導管將高活性輻射源置于腫瘤附近或內部來達到殺滅腫瘤的目的。后裝放射治療法廣泛應用于宮頸癌、前列腺癌、乳腺癌及皮膚癌等腫瘤醫學領域。放射治療使用放射性粒子對腫瘤及其附近組織進行無差別的破壞，因此為了提高腫瘤殺滅效能和降低對周圍組織的破壞，需要在放射治療前進行手術仿真，進而制定放射治療手術計劃。

傳統的后裝放射治療手術仿真設計方法是一個不斷試錯的過程，物理師首先需要放置施源器至合適位置，然后對放射粒子駐留位置和駐留時間進行優化以獲取滿意的劑量分布。在施源器放置過程中，容易出現針道相互交叉的問題，通過人工手段不易排查，極大增加了治療計劃制定的難度，此外傳統的手術仿真設計方法對物理師經驗依賴程度較高。

鑒于此，本發明提出一種后裝放療計劃及3D打印模板一體化仿真設計方法及系統，以緩解現有技術的不足。

發明內容

第一方面，本發明提供了一種后裝放療計劃及3D打印模板一體化仿真設計方法，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，在醫學影像中標記腫瘤目標，建立包含腫瘤目標TV區域和OAR區域的三維影像，對三維影像均勻采樣，獲取目標點云數據；在施源柱的指定范圍內定義入針區域，對入針區域均勻采樣，獲取入針點云數據；生成針道序列，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，序列P中的任意兩個針道所在線段均無交點；在序列P中的針道設置若干放射粒子，利用梯度法對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；隨機替換序列P中的任一針道，替換后序列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駐留位置和駐留時間，以獲取針道替換后最優目標值，若針道替換后最優目標值優于第一優化值，將針道替換后最優目標值賦予第一優化值；繼續隨機替換序列P中的任一針道，直至第一優化值不再變化或針道替換次數超過第一閾值；生成包含施源柱的模板，模板與人體貼合，模板包含序列P中針道的引導孔；輸出模板的三維模型、針道序列P和放射粒子的位置數據；利用3D打印技術，打印模板的三維模型、針道序列P和放射粒子的位置數據。

進一步地，在醫學影像中標記腫瘤目標的方法，包括以下至少一種：根據腫瘤目標的時域或頻域特征，檢測醫學影像中的腫瘤目標；人工勾畫醫學影像中的腫瘤目標。