一种3D放疗定位膜生成方法、电子设备、存储介质及系统与流程

本发明涉及肿瘤放射治疗技术领域，尤其涉及一种3d放疗定位膜生成方法、电子设备、存储介质及系统。

背景技术

目前肿瘤放射治疗过程中使用的定位膜采用ct模拟定位的方式进行设计，传统的定位膜从ct模拟定位到制作完成被用来治疗耗时过长，在此期间内，患者肿瘤会发生变化，可能导致错过最佳治疗时机，影响治疗效果。且传统的定位膜与定位膜的固定装置是相互独立的，定位膜与固定装置之间的贴合度低，影响治疗精度。此外，传统的定位膜是利用热敏材料制造的热塑膜，热塑膜使用是聚己内酯材料，聚己内酯材料的熔点为59℃至64℃，聚己内酯材料成型后易因环境温差导致形变。热塑膜制作过程中需要用65℃温水浴泡软聚己内酯材料，然后敷贴在病人体表冷却成型，冷却成型过程中热塑膜一直在塌缩，无法把病人的外轮廓细节体现出来，与患者皮肤贴合度不高，影响复位精度；另外在使用过程中，热塑膜的大小会随环境温度的变化而变化，特别是深秋时节，由于环境温度下降的比较厉害，热塑膜会变小，严重影响治疗精度和患者佩戴的舒适度。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种3d放疗定位膜生成方法，通过根据患者的个性化数据构建定位膜主体模型和定位膜固定装置模型一体化的三维定位膜模型，采用聚乳酸材料3d打印定位膜模型，生产耗时短，确保患者在最佳治疗时机内得到治疗，与患者皮肤贴合度高，满足临床治疗质控需求，实现精准放疗。

本发明提供一种3d放疗定位膜生成方法，包括以下步骤：

创建三维患者模型，通过患者体表数据创建三维患者模型；

生成定位膜主体模型，选取所述三维患者模型上的定位膜主体区域，生成定位膜主体图，将所述定位膜主体图按照定位膜主体厚度进行增厚，生成三维定位膜主体模型；

生成定位膜模型，获取三维定位膜固定装置模型，将所述三维定位膜主体模型与所述三维定位膜固定装置模型进行布尔运算，生成三维定位膜模型。

进一步地，所述步骤创建三维患者模型包括获取3d扫描仪扫描的患者体表数据；所述步骤创建3d模型还包括获取患者的医学影像数据，通过所述医学影像数据重建患者体表轮廓，对所述患者体表轮廓进行平滑处理，所述医学影像数据包括所述患者体表数据。

进一步地，所述步骤生成三维定位膜主体模型还包括以下步骤：

图形网格化处理，将所述定位膜主体图进行网格化处理，生成若干切片图形；

生成二维切片图形：获取所述切片图形的样本点坐标，通过所述样本点坐标生成第一切片图，将所述第一切片图的中心点设为坐标原点，建立设有横轴和纵轴的二维坐标平面；

计算图形比例，获取加速器放射源与所述定位膜之间的距离和所述定位膜主体厚度，计算所述加速器放射源与所述定位膜之间的距离与所述定位膜主体厚度的差值，将所述差值与所述加速器放射源与所述定位膜之间的距离的比值设为图形比例；

生成第二切片图，从所述坐标原点出发建立垂直于所述二维坐标平面的竖轴，在所述竖轴上以所述定位膜主体厚度值对应的坐标点为中心点，将所述第一切片图按所述图形比例进行缩小，生成第二切片图；

生成三维定位膜主体模型，在所述竖轴上以所述加速器放射源与所述定位膜之间的距离值为对应的坐标点为光源点，直线连接所述光源点、所述第一切片图边缘点、所述第二切片图边缘点，将所述直线与所述第一切片图、所述第二切片图连接形成的平台状三维图生成所述三维定位膜主体模型。

进一步地，所述步骤生成定位膜模型还包括在所述三维定位膜模型上开设孔洞，所述孔洞位置与所述三维患者模型上的眼、鼻、口位置对应；所述步骤生成定位膜模型还包括在所述三维定位膜模型上开设网孔，所述网孔面积占所述三维定位膜主体模型上表面积的40％～65％。

进一步地，所述步骤生成定位膜模型还包括获取所述三维定位膜模型对应的患者信息和制作信息，将所述患者信息和所述制作信息添加至所述三维定位膜模型上；所述步骤生成定位膜模型还包括选取所述三维定位膜固定装置模型的一个基准面，当所述基准面与所述三维定位膜主体模型相交时，通过所述基准面截切所述三维定位膜主体模型，生成剖面，将所述基准面和所述剖面进行内剪裁运算和外剪裁运算，生成内剪裁面和外剪裁面，将所述内剪裁面的顶点顺序反向并与所述外剪裁面合并，生成所述三维定位膜模型。

一种电子设备，包括：处理器；

存储器；以及程序，其中所述程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由处理器执行，所述程序包括用于执行上述一种3d放疗定位膜生成方法。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行上述一种3d放疗定位膜生成方法。

一种3d放疗定位膜生成系统，包括：

创建三维患者模型模块：用于通过患者体表数据创建三维患者模型；

生成定位膜主体模型模块：用于选取所述三维患者模型上的定位膜主体区域，生成定位膜主体图，将所述定位膜主体图按照定位膜主体厚度进行增厚，生成三维定位膜主体模型；

生成定位膜模型模块：用于获取三维定位膜固定装置模型，将所述三维定位膜主体模型与所述三维定位膜固定装置模型进行布尔运算，生成三维定位膜模型；

生成定位膜模块：用于将所述三维定位膜模型导出至3d打印装置进行3d打印，生成定位膜。

进一步地，所述生成定位膜主体模型模块还包括：

图形网格化处理模块：用于将所述定位膜主体图进行网格化处理，生成若干切片图形；

生成二维切片图形模块：用于获取所述切片图形的样本点坐标，通过所述样本点坐标生成第一切片图，将所述第一切片图的中心点设为坐标原点，建立设有横轴和纵轴的二维坐标平面；

计算图形比例模块：用于获取加速器放射源与所述定位膜之间的距离和所述定位膜主体厚度，计算所述加速器放射源与所述定位膜之间的距离与所述定位膜主体厚度的差值，将所述差值与所述加速器放射源与所述定位膜之间的距离的比值设为图形比例；

生成第二切片图模块：用于从所述坐标原点出发建立垂直于所述二维坐标平面的竖轴，在所述竖轴上以所述定位膜主体厚度值对应的坐标点为中心点，将所述第一切片图按所述图形比例进行缩小，生成第二切片图；

生成三维定位膜主体模型模块：用于在所述竖轴上以所述加速器放射源与所述定位膜之间的距离值为对应的坐标点为光源点，直线连接所述光源点、所述第一切片图边缘点、所述第二切片图边缘点，将所述直线与所述第一切片图、所述第二切片图连接形成的平台状三维图生成所述三维定位膜主体模型。

进一步地，所述生成定位膜模块选取打印材料进行3d打印，所述打印材料包括聚乳酸材料、tpu材料、abs材料；所述生成定位膜模型模块获取所述三维定位膜模型对应的患者信息和制作信息，将所述患者信息和所述制作信息添加至所述三维定位膜模型上。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明通过3d扫描仪扫描的患者体表数据或患者的医学影像数据创建三维患者模型，使用环保材料3d打印定位膜模型，无需人为进行测量或制作，避免了人为因素造成的误差，定位精度高，实现针对不同患者个性化数据制作定位膜，满足高精度个性化临床需求，成本低，效率高；通过构建定位膜主体模型和定位膜固定装置模型一体化的三维定位膜模型，解决了定位膜主体与固定装置之间贴合度低的问题，提高治疗精度；采用聚乳酸材料进行定位膜制作，聚乳酸材料的熔点高于传统的热敏材料，使定位膜在室温下不易因为温差变化而产生形变，能够完整地体现病人的外轮廓细节，满足临床治疗质控需求，与患者皮肤贴合度高，重复使用率高；通过在3d定位模型上开设孔洞、网孔，在保证定位膜固定效果的同时保证射线的高透射率，透气性好，提升患者使用舒适度；通过将患者信息和制作信息3d打印至定位膜，使患者信息和制作信息与产品永久关联，进一步避免医疗事故发生；通过3d打印定位膜模型，生产耗时短，确保患者在最佳治疗时机内得到治疗，实现精准放疗。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的一种3d放疗定位膜生成方法流程图；

图2为本发明的构建三维定位膜模型流程图；

图3为本发明的一种3d放疗定位膜生成系统结构示意图。

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。

一种3d放疗定位膜生成方法，如图1所示，包括以下步骤：

创建三维患者模型，通过患者体表数据创建三维患者模型；本实施例中，三维患者模型具体为患者头面部模型，优选的，步骤创建3d模型包括获取3d扫描仪扫描的患者体表数据创建三维患者模型；步骤创建3d模型还包括获取患者的医学影像数据，如：患者的ct、mri、pet-ct图像数据，通过医学影像数据重建患者体表轮廓，对患者体表轮廓进行平滑处理，本实施例中，平滑强度为1mm，医学影像数据包括患者体表数据。

生成定位膜主体模型，选取三维患者模型上的定位膜主体区域，定位膜主体区域具体为三维患者模型上的患者前脸区域，生成定位膜主体图，将定位膜主体图按照定位膜主体厚度进行增厚，生成三维定位膜主体模型。

生成定位膜模型，获取三维定位膜固定装置模型，传统的定位膜使用过程中，定位膜固定装置用于固定定位膜，三维定位膜固定装置模型上设有固定条，固定条上设有定位孔洞和卡口，将三维定位膜主体模型与三维定位膜固定装置模型进行布尔运算，即可对三维定位膜主体模型和三维定位膜固定装置模型进行相加、相减或取相交部分，生成三维定位膜模型。通过构建定位膜主体模型和定位膜固定装置模型一体化的三维定位膜模型，解决了定位膜主体与固定装置之间贴合度低的问题，提高治疗精度。

在一实施例中，如图2所示，优选的，步骤生成三维定位膜主体模型还包括以下步骤：

图形网格化处理，将定位膜主体图进行网格化处理，生成若干切片图形。

生成二维切片图形：获取切片图形的样本点坐标，通过样本点坐标生成第一切片图，将第一切片图的中心点设为坐标原点，建立设有横轴(x轴)和纵轴(y轴)的二维坐标平面。

计算图形比例，获取加速器放射源与定位膜之间的距离和定位膜主体厚度，加速器放射源与定位膜之间的距离以字母d表示，定位膜主体厚度以字母h表示，计算加速器放射源与定位膜之间的距离与定位膜主体厚度的差值，即d-h，将差值与加速器放射源与定位膜之间的距离的比值设为图形比例，即(d-h)/d。

生成第二切片图，从坐标原点出发建立垂直于二维坐标平面的竖轴(z轴)，在竖轴上以定位膜主体厚度值对应的坐标点为中心点，即中心点坐标为(0，0，h)，将第一切片图按图形比例进行缩小，生成第二切片图；

生成三维定位膜主体模型，在竖轴上以加速器放射源与定位膜之间的距离值为对应的坐标点为光源点，即光源点坐标为(0，0，d)，直线连接光源点、第一切片图边缘点、第二切片图边缘点，将直线与第一切片图、第二切片图连接形成的平台状三维图生成三维定位膜主体模型。

在一实施例中，优选的，步骤生成定位膜模型还包括在三维定位膜模型上开设孔洞，孔洞位置与三维患者模型上的眼、鼻、口位置对应；步骤构建三维定位膜模型还包括在三维定位膜模型上开设网孔，网孔面积占第二定位膜主体图面积的40％～65％，即网孔率为40％～65％。在本实施例中，网孔率为60％时，患者皮肤的透气性、患者舒适度、射线的投射率较好。

在一实施例中，步骤生成定位膜模型还包括获取三维定位膜模型对应的患者信息和制作信息，将患者信息和制作信息添加至三维定位膜模型上；步骤生成定位膜模型还包括选取三维定位膜固定装置模型的一个基准面，当基准面与三维定位膜主体模型相交时，通过基准面截切三维定位膜主体模型，生成剖面，将基准面和剖面进行内剪裁运算和外剪裁运算，生成内剪裁面和外剪裁面，将内剪裁面的顶点顺序反向并与外剪裁面合并，生成三维定位膜模型。

生成定位膜，将三维定位膜模型导出至3d打印装置进行3d打印，生成定位膜。优选的，步骤生成定位膜还包括获取三维定位膜模型对应的患者信息和制作信息，将患者信息和制作信息3d打印至定位膜上，使患者信息和制作信息与定位膜永久关联，进一步避免医疗事故发生。上述步骤无需人为进行测量或制作，避免了人为因素造成的误差，定位精度高，实现针对不同患者个性化数据制作定位膜，满足高精度个性化临床需求，成本低，效率高，凡熟悉本专业的技术人员应当理解，上述3d放疗定位膜生成方法不仅限于生成三维定位膜，还可用于生成其他医用产品，如铅挡模具、物理补偿器、剂量验证模体等。

一种电子设备，包括：处理器；存储器；以及程序，其中程序被存储在存储器中，并且被配置成由处理器执行，程序包括用于执行上述一种3d放疗定位膜生成方法；一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行上述一种3d放疗定位膜生成方法。

一种3d放疗定位膜生成系统，如图3所示，包括：

创建三维患者模型模块通过患者体表数据创建三维患者模型；优选的，创建3d模型模块获取3d扫描仪扫描的患者体表数据创建三维患者模型；创建3d模型模块获取患者的医学影像数据，如：患者的ct、mri、pet-ct图像数据，通过医学影像数据重建患者体表轮廓，对患者体表轮廓进行平滑处理，本实施例中，平滑强度为1mm，医学影像数据包括患者体表数据。

生成定位膜主体模型模块选取三维患者模型上的定位膜主体区域，定位膜主体区域具体为三维患者模型上的患者前脸区域，生成定位膜主体图，将定位膜主体图按照定位膜主体厚度进行增厚，生成三维定位膜主体模型。

生成定位膜模型模块获取三维定位膜固定装置模型，传统的定位膜使用过程中，定位膜固定装置用于固定定位膜，三维定位膜固定装置模型上设有固定条，固定条上设有定位孔洞和卡口，将三维定位膜主体模型与三维定位膜固定装置模型进行布尔运算，即可对三维定位膜主体模型和三维定位膜固定装置模型进行相加、相减或取相交部分，生成三维定位膜模型。

生成定位膜模块将三维定位膜模型导出至3d打印装置进行3d打印，生成定位膜。

在一实施例中，优选的，生成定位膜主体模型模块还包括：

图形网格化处理模块将所述定位膜主体图进行网格化处理，生成若干切片图形。

生成二维切片图形模块获取切片图形的样本点坐标，通过样本点坐标生成第一切片图，将第一切片图的中心点设为坐标原点，建立设有横轴(x轴)和纵轴(y轴)的二维坐标平面。

计算图形比例模块获取加速器放射源与定位膜之间的距离和定位膜主体厚度，加速器放射源与定位膜之间的距离以字母d表示，定位膜主体厚度以字母h表示，计算加速器放射源与定位膜之间的距离与定位膜主体厚度的差值，即d-h，将差值与加速器放射源与定位膜之间的距离的比值设为图形比例，即(d-h)/d。

生成第二切片图模块从坐标原点出发建立垂直于二维坐标平面的竖轴(z轴)，在竖轴上以定位膜主体厚度值对应的坐标点为中心点，即中心点坐标为(0，0，h)，将第一切片图按图形比例进行缩小，生成第二切片图。

生成三维定位膜主体模型模块在竖轴上以加速器放射源与定位膜之间的距离值为对应的坐标点为光源点，即光源点坐标为(0，0，d)，直线连接光源点、第一切片图边缘点、第二切片图边缘点，将直线与第一切片图、第二切片图连接形成的平台状三维图生成三维定位膜主体模型。

在一实施例中，优选的，生成定位膜模型模块在三维定位膜模型上开设孔洞，孔洞位置与三维患者模型上的眼、鼻、口位置对应；生成定位膜模型模块在三维定位膜模型上开设网孔，网孔面积占第二定位膜主体图面积的40％～65％，即网孔率为40％～65％。在本实施例中，网孔率为60％时，患者皮肤的透气性、患者舒适度、射线的投射率较好。

在一实施例中，优选的，生成定位膜模型模块获取三维定位膜模型对应的患者信息和制作信息，将患者信息和制作信息添加至三维定位膜模型上；生成定位膜模型模块还包括选取三维定位膜固定装置模型的一个基准面，当基准面与三维定位膜主体模型相交时，通过基准面截切三维定位膜主体模型，生成剖面，将基准面和剖面进行内剪裁运算和外剪裁运算，生成内剪裁面和外剪裁面，将内剪裁面的顶点顺序反向并与外剪裁面合并，生成三维定位膜模型。

生成定位膜模块将三维定位膜模型导出至3d打印装置进行3d打印，生成定位膜，打印材料包括聚乳酸材料、tpu材料、abs材料；生成定位膜模型模块获取三维定位膜模型对应的患者信息和制作信息，将患者信息和制作信息添加至三维定位膜模型上，生成定位膜模块将添加有患者信息和制作信息的三维定位膜模型导出至3d打印装置进行3d打印，生成定位膜。聚乳酸材料是一种新型的生物基及可再生生物降解材料，再自然环境下最终降解成二氧化碳和水，聚乳酸材料的熔点高于传统的热敏材料，使定位膜在室温下不易因为温差变化而产生形变，能够完整地体现病人的外轮廓细节，满足临床治疗质控需求，与患者皮肤贴合度高，重复使用率高；优选的，生成定位膜模块获取三维定位膜模型对应的患者信息和制作信息，将患者信息和制作信息3d打印至定位膜上，使患者信息和制作信息与定位膜永久关联，进一步避免医疗事故发生，凡熟悉本专业的技术人员应当理解，上述3d放疗定位膜生成系统不仅限于生成三维定位膜，还可用于生成其他医用产品，如铅挡模具、物理补偿器、剂量验证模体等。

本发明通过3d扫描仪扫描的患者体表数据或患者的医学影像数据创建三维患者模型，使用环保材料3d打印定位膜模型，无需人为进行测量或制作，避免了人为因素造成的误差，定位精度高，实现针对不同患者个性化数据制作定位膜，满足高精度个性化临床需求，成本低，效率高；通过构建定位膜主体模型和定位膜固定装置模型一体化的三维定位膜模型，解决了定位膜主体与固定装置之间贴合度低的问题，提高治疗精度；采用聚乳酸材料进行定位膜制作，聚乳酸材料的熔点高于传统的热敏材料，使定位膜在室温下不易因为温差变化而产生形变，能够完整地体现病人的外轮廓细节，满足临床治疗质控需求，与患者皮肤贴合度高，重复使用率高；通过在3d定位模型上开设孔洞、网孔，在保证定位膜固定效果的同时保证射线的高透射率，透气性好，提升患者使用舒适度；通过将患者信息和制作信息3d打印至定位膜，使患者信息和制作信息与产品永久关联，进一步避免医疗事故发生；通过3d打印定位膜模型，生产耗时短，确保患者在最佳治疗时机内得到治疗，实现精准放疗。

以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。