肿瘤精准放疗定位产品的3D个体化打印制造方法及其产品与流程

本发明涉及于肿瘤放射治疗技术领域，尤其涉及一种肿瘤精准放疗定位产品的3d个体化打印制造方法及其产品。

背景技术：

目前，肿瘤患者进行放射治疗时的体位固定解决方案为放疗定位膜和/或真空垫，辅以碳纤维固定托板、头枕。放疗定位膜/真空垫、头枕、碳纤维固定板等组成一套体位固定装置。患者确诊为肿瘤患者并决定拟行放疗后，到膜室进行制膜/制作真空垫，完成制膜/真空垫后，再到ct定位室，戴上体位固定装置(热塑膜/真空垫)进行肿瘤ct定位，获取患者肿瘤部位的ct图像，并传到tps进行放射治疗计划的设计后。在确认放疗技术的可行性与计划验证后，患者再次戴上该体位固定装置到加速器机房进行分次治疗。

现有的技术存在以下缺陷：

(1)在分次治疗过程中，因放疗定位膜/真空垫/泡沫头枕等产品的材料都是非硬质材料，只要患者身体稍微移动或重力分布改变，体位固定装置就会产生形变，无法有效地限制患者的细微运动，更无法体现最适于进行放疗的患者体表轮廓，从而产生不可避免的误差。

(2)另外，热敷塑型的放疗定位膜与抽真空塑型的定位垫都是由比较粗糙的材料制造而成，无法很好地对患者身体进行塑形，无法体现出患者体表轮廓细节，所提供的定位精度完全达不到精准放疗的精度要求。

(3)放疗定位膜/真空垫与碳纤维固定底座之间的固定、整个体位固定装置与治疗设备床板之间的固定、技师的摆位指导及患者对指导的理解等因素，都会引入误差，导致肿瘤的治疗精度不高、肿瘤的局部控制率不高等问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种肿瘤精准放疗定位产品的3d个体化打印制造方法及其产品，解决现有技术中固定装置多部件固定引入误差的问题。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种肿瘤精准放疗定位产品的3d个体化打印制造方法，包括：

对患者的肿瘤部位进行扫描，得到患者的肿瘤部位以及患者体表的表面轮廓，并根据患者的肿瘤部位相对应的表面轮廓完成定位产品第一部分三维图像构建；

对治疗设备床板进行扫描，得到该治疗设备床板的三维图像数据；

依据患者背部轮廓图像与上述治疗设备床板的三维图像完成定位产品第二部分三维图像的构建；

将定位产品第一部分三维图像与定位产品第二部分三维图像进行融合，从而完成定位产品三维图像的构建；

将上述构建完成的定位产品的三维图像传输至3d打印终端，即完成定位产品的打印。

进一步地，上述对患者的肿瘤部位进行扫描，得到患者的肿瘤部位以及患者体表的表面轮廓，并根据患者的肿瘤部位相对应的表面轮廓完成定位产品第一部分三维图像构建，具体为：

使用声光医学影像技术，对患者的肿瘤部位进行扫描，得到患者的肿瘤部位及周围解剖结构的3d医学图像，并将该3d医学图像传输到3d打印终端的重建系统。

进一步地，上述构建的定位产品第一部分三维图像的厚度为2mm，定位产品第一部分的网孔率为36％。

进一步地，根据患者的肿瘤部位相对应的表面轮廓完成定位产品第一部分三维图像构建，还包括，对患者的体表与定位产品第一部分三维图像的接触面进行平滑处理，处理精度为1μm。

进一步地，上述依据患者背部轮廓图像与上述治疗设备床板的三维图像完成定位产品第二部分三维图像的构建，具体为：将患者背部轮廓的三维图像与治疗设备床板的三维图像融合在一起，观察患者与治疗设备床板之间出现空隙，再根据治疗设备床板的射线穿透率与肿瘤的临床照射要求将患者背部轮廓的三维图像与治疗设备床板的三维图像分开，从而完成定位产品第二部分三维图像的构建。

进一步地，还包括，对患者背部轮廓与定位产品第二部分的接触面进行平滑处理，平滑处理的精度为1μm。

进一步地，将上述构建完成的定位产品的三维图像传输至3d打印终端，即完成定位产品的打印，打印材料为高分子纤维素。

进一步地，打印的定位产品第一部分的厚度为2mm，定位产品第一部分的网孔率为36％，，打印的定位产品第二部分的厚度为1cm，且在定位产品第二部分内部注入气泡，使定位产品第二部分镂空部位占比达到65％。

本发明的目的还采用如下技术方案实现：

一种肿瘤精准放疗定位产品，包括，定位产品第一部分和定位产品第二部分，该定位产品第一部分和定位产品第二部分采用上述技术方案中的打印制造方法打印。

进一步地，所述产品第一部分和定位产品第二部采用轴连接。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明技术方案，采用3d打印技术进行生产的肿瘤精准放疗定位产品是一个一体化定位装置，其只需与治疗设备床板进行固定就可以实现体位的固定，减少了各部件间固定的定位误差，很大程度地提高了体位固定的精度，让肿瘤放射治疗真正地实现精准放疗。另外，定位产品的三维图像是根据每个患者的体表轮廓进行重建并打印制造，提供理想的契合度，提高体位固定的精度，实现肿瘤的精准放疗。

具体效果如下：

(1)提高肿瘤治疗精度，减少误差，降低正常组织的辐射剂量，提高治疗效果，改善患者生存质量；

(2)个性化定制体位固定产品，提供舒适的固定体位，提高患者的治疗体验；

(3)可使用患者确诊时的医学影像资料或无创高分辨率的扫描技术获取患者的3d图像来定制定位产品，缩短患者等待治疗的时间，减少辐照；

(4)优化目前的制模、摆位、复位流程，节省技师的定位时间，减少人为误差；

(5)淘汰当前固定托板、头枕等附加设备，将定位产品固定在治疗床上，减少此环节的误差，降低医院的运营成本；

(6)3d打印的固定产品采用可降解的环保高分子生物材料，减少医用垃圾。解决传统真空袋采用普通泡沫颗粒，不环保，且抽真空成型定位方法，在治疗过程中容易漏气，无法提供原定位体位，造成治疗失误，易出现医疗安全事故等问题。

附图说明

图1为发明肿瘤精准放疗定位产品的3d个体化打印制造方法的流程图；

图2为发明肿瘤精准放疗定位产品的结构示意图。

图中：1、定位产品第一部分；2、定位产品第二部分；3、定位销；4、固定产品与治疗设备床板固定销。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

本发明基于3d打印技术生产肿瘤精准放疗的定位产品，将产品进行一体化生产。

如图1所示，一种肿瘤精准放疗定位产品的3d个体化打印制造方法，包括：

对患者的肿瘤部位进行扫描，得到患者的肿瘤部位以及患者体表的表面轮廓，并根据患者的肿瘤部位相对应的表面轮廓完成定位产品第一部分1三维图像构建；

基于无创高分辨率声光医学影像技术的肿瘤患者定位图像重建定位产品的3d图像：使用引进的无创高分辨率声光医学影像技术，对患者的肿瘤部位进行扫描，得到患者的肿瘤部位及周围解剖结构的高分辨率3d医学图像，并采用保真数字化传输技术，将该图像传输到3d打印终端重建系统。该重建系统可以是autocad等软件。利用该重建系统，根据该患者图像体表上的表面轮廓，个性化地重建肿瘤患者体位固定产品的第一部分(上部分)三维图像。

对治疗设备床板进行扫描，得到该治疗设备床板的三维图像数据；

基于无创高分辨率医学成像技术的治疗设备床板的三维图像：利用该成像技术对治疗设备的床板进行扫描，得到该床板的三维图像数据，并采用保真数字化传输技术传送到图像重建系统。

依据患者背部轮廓图像与上述治疗设备床板的三维图像完成定位产品第二部分2三维图像的构建；

将定位产品第一部分1三维图像与定位产品第二部分2三维图像进行融合，从而完成定位产品三维图像的构建；

得到体位定位产品的三维图像后，与治疗设备的床板三维图像进行比较，在两者之间重建定位产品与治疗床板之间的固定方案的三维图像的重建。

将构建完成的定位产品的三维图像传输至3d打印终端，即完成定位产品的打印。

将重建得到的整个装置的三维图像数据转换为3d打印机(3d打印终端)可以识别的stl文件，并采用保真数字化传输技术将该stl文件传输到3d打印机；该过程必须确保数据的保真传输，这样才可以保证定位装置的精准度。

产品的打印：

(1)选取经过射线穿透率、人体过敏性试验并达到临床要求的高分子纤维素作为打印材料。

(2)采用3d打印机进行打印时，产品的上部分内部打印精度为0.5mm，与人体接触面的打印精度控制在1μm；产品的下半部分内部采取0.5mm的打印精度，与人体背部皮肤接触部分采用1μm的打印精度；

(3)打印结束后，进行产品表面光滑处理，使其与人体表面具备最理想的契合度。

其中，对患者的肿瘤部位进行扫描，得到患者的肿瘤部位以及患者体表的表面轮廓，并根据患者的肿瘤部位相对应的表面轮廓完成定位产品第一部分1三维图像构建，具体为：

使用声光医学影像技术，对患者的肿瘤部位进行扫描，得到患者的肿瘤部位及周围解剖结构的3d医学图像，并将该3d医学图像传输到3d打印终端的重建系统。

构建的定位产品第一部分1三维图像的厚度为2mm，定位产品第一部分1的网孔率为36％。

根据患者的肿瘤部位相对应的表面轮廓完成定位产品第一部分1三维图像构建，还包括，对患者的体表与定位产品第一部分1三维图像的接触面进行平滑处理，处理精度为1μm。

依据患者背部轮廓图像与上述治疗设备床板的三维图像完成定位产品第二部分三维图像的构建，具体为：将患者背部轮廓的三维图像与治疗设备床板的三维图像融合在一起，观察患者与治疗设备床板之间出现空隙，再根据治疗设备床板的射线穿透率与肿瘤的临床照射要求将患者背部轮廓的三维图像与治疗设备床板的三维图像分开，从而完成定位产品第二部分2三维图像的构建。

将患者背部的三维图像与治疗设备的三维图像先融合在一起，观察人体与床板之间出现空隙，再根据床板的射线穿透率要达到99.8％与肿瘤的临床照射要求(该要求视肿瘤类型而定，每个患者的照射要求都不一样)将两者图像分开，根据人体三维图像的背部轮廓与治疗设备的轮廓，进行定位装置的第二部分(下部分)三维图像的重建。

并进行产品与人体背部接触面的平滑处理，即对患者背部轮廓与定位产品第二部分2的接触面进行平滑处理，平滑处理的精度为1μm。重建的产品厚度为1cm，该部分产品内部注入气泡，使镂空部位占比达到65％，但不改变其力学结构，以节省材料与生产时间成本。

将构建完成的定位产品的三维图像传输至3d打印终端，即完成定位产品的打印，打印材料为高分子纤维素。

打印的定位产品第一部分1的厚度为2mm，定位产品第一部分1的网孔率为36％，，打印的定位产品第二部分2的厚度为1cm，且在定位产品第二部分2内部注入气泡，使定位产品第二部分2镂空部位占比达到65％。

本发明的目的还采用如下技术方案实现：

如图2所示，一种肿瘤精准放疗定位产品，包括，定位产品第一部分1和定位产品第二部分2，该定位产品第一部分1和定位产品第二部分采用上述技术方案中的打印制造方法打印。

以患者平躺时的方向为准(即图2中的视图方向)，产品的左边作镂空融合处理，网孔率达到36％，以方便患者躺进定位装置时，治疗技师上翻产品既灵活又不容易折断；也为患者提供更加舒适的治疗体验。另外一边，上部分产品边缘作边条化处理；下部分也做边条化处理，且集成旋转固定定位销3。在患者摆位时，只要旋转固定定位销3便可实现对定位装置上部的固定，治疗完成后，旋转定位销3，便可取消对装置的固定，让患者从固定装置中出来；

产品第一部分和定位产品第二部采用轴连接。

具体的过程如下：1、采用无创高分辨率成像技术对患者与加速器治疗床进行扫描，获取两者的三维图像，并将此图像通过数据保真传输系统传输到3d打印机的图像重建系统，进行图像的修饰处理；

2、根据患者的三维图像重建肿瘤精准放疗定位产品的三维图像(半成品，无固定解决方案的三维图像)；

3、根据加速器治疗床与肿瘤精准放疗定位产品的三维图像(半成品图像)重建定位产品的固定解决方案的三维图像，并将产品的三维图像与固定解决方案的三维图像融合在一起，得到完整的新型肿瘤精准放疗定位产品的三维图像；

4、将产品三维图像传输到3d打印终端，使用经过临床试验合格的材料进行打印，得到新型肿瘤精准放疗定位产品。

本发明的使用过程如下：

1、得到新型肿瘤精准放疗定位产品后，医院肿瘤放射治疗中心进行产品的验收，通过后，患者带着产品进行复位；

2、复位通过后，患者携带产品进行肿瘤放射治疗室进行体位摆位：患者躺在产品上，上下两部分合拢扣紧，产品下部直接通过4个定位产品与治疗设备床板固定销4与加速器治疗床进行固定，固定好之后，可以直接进行放射治疗。

本技术方案与现有技术相比较具有以下优点：

(1)优化当前繁琐的患者定位流程，淘汰当前固定解决方案的碳纤维固定托板、放疗头枕等辅助设备；

(2)pet-ct结合定位图像做治疗计划的问题，提高体位的重复性，减少融合误差，提高靶区的勾画精度；

(3)缩短患者等待治疗计划的时间，提高放疗时效性。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。