3d打印微创导向模板及其制造方法
【专利摘要】本申请提出一种3D打印微创导向模板及其制造方法，所述制造方法包括：对目标部位进行扫描获得所述目标部位的三维图像；根据获得的所述三维图像重构获得所述目标部位的三维模型；根据重构的三维模型以及医生要求规划进针方向、进针位置以及进针深度，剂量适形布源粒子位置；根据重构的三维模型与规划的进针方向、进针位置以及进针深度，建立导向模板数字模型；通过3D打印技术将所述导向模板数字模型打印成为3D打印微创导向模板。根据本申请的3D打印微创导向模板及其制造方法能够提高植入治疗的可靠性和效果，降低手术劳动强度，缩短手术时间，降低风险。
【专利说明】
3D打印微创导向模板及其制造方法
技术领域
[0001]本发明涉及微创医疗的技术领域，更具体而言，涉及一种3D打印微创导向模板及其制造方法。
【背景技术】
[0002]放射治疗(放疗)是针对肿瘤的重要治疗方法之一。为了最大限度地减少放疗副反应以及放疗对正常组织的损伤，开发出放射性粒子植入治疗技术(以下简称粒子植入)。
[0003]粒子植入是一种将放射源植入肿瘤内部，让其以摧毁肿瘤的治疗手段。粒子植入治疗技术涉及放射源，其核心是放射粒子。粒子植入主要依靠定向系统将放射性粒子植入瘤体内，通过微型放射源发出持续、短距离的放射线，使肿瘤组织遭受最大限度杀伤，而正常组织不损伤或只有微小损伤。
[0004]目前的粒子植入手术临床上通常是由医生凭经验进行，这就对医生的治疗经验和技巧提出了很高的要求。传统的在CT影像引导下进行的内放疗手术，由于存在几个乃至几十、上百个穿刺点，术中基本上是“盲穿”。另外，当前己有的肿瘤粒子植入计划系统都是基于一维或者二维影像数据对穿刺进针通道进行预计划，并不能计算粒子的处方剂量，这就常常造成粒子植入之后肿瘤内部出现“热区”(剂量过大导致副作用)和/或“冷区”(剂量过小导致无效果)的不良后果。
[0005]公开于本【背景技术】部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般【背景技术】的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经为本领域技术人员所公知的现有技术。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有肿瘤规划软件、系统和传统人工穿刺植入的缺陷，根据医生对剂量的要求，采用剂量学算法获得优选粒子布源方案，并在此基础上规划进针通道。在保证放射剂量能够有效杀伤肿瘤细胞的同时充分保护健康组织，极大减小了放射治疗的副作用。本发明在三维数字模型上对进针通道进行规划，能够规避绝大部分正常组织器官(骨骼、血管、神经等)，辅以3D打印适形适形模板进行手术导航，在提高了手术安全性的同时也极大减少了医生的劳动强度，提高了手术成功率和治疗效果。
[0007]本申请提供一种3D打印微创导向模板的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤:扫描步骤，对目标部位进行扫描获得所述目标部位的三维图像;重构步骤，根据获得的所述三维图像重构获得所述目标部位的三维模型；规划步骤，根据重构的三维模型以及医生要求规划进针方向、进针位置以及进针深度，剂量适形布源粒子位置；建模步骤，根据重构的三维模型与规划的进针方向、进针位置以及进针深度，建立导向模板数字模型;打印步骤，通过3D打印技术将所述导向模板数字模型打印成为3D打印微创导向模板，其中，所述重构步骤、所述规划步骤和所述建模步骤是利用治疗计划系统进行的;在所述规划步骤中，进针方向、进针位置以及进针深度的规划是基于正常组织器官的三维位置进行的；在所述打印步骤中，获得的3D打印微创导向模板与所述目标部位适应性贴合。
[0008]优选的，在所述规划步骤规划进针方向、进针位置以及进针深度，剂量适形布源粒子位置，规划得到的多个进针方向。
[0009]优选的，在所述规划步骤中，以三维形式规划多个进针方向和多个进针位置。
[0010]优选的，多个进针方向能根据重建的影像数据自由规避一个或者多个组织器官。
[0011]优选的，剂量适形布源粒子位置，剂量计算是全3维实时计算。
[0012]本申请还提供一种3D打印微创导向模板，所述3D打印微创导向模板是上文描述的3D打印微创导向模板的制造方法而获得的。从另一个角度说，是根据重构的三维模型与规划的进针方向、进针位置以及进针深度，建立导向模板数字模型，使用3D打印微创导向模板的制造方法而获得的。
[0013]本发明的3D打印微创导向模板特别适合于肿瘤粒子植入，利用术前获得的患者影像学资料(CT等)建立三维的立体数字模型，针对医生所需要的放射剂量，通过算法规划粒子布源位置，并在安全有效地剂量前提下规划进针通道，并生成用于辅助穿刺进针的3D打印微创导向模板。以数字模型为基础，以3D打印微创导向模板为辅助实施方法，能够保证放射剂量的安全性和穿刺针位点、进针深度、粒子分布的精确性，同时规避开人体重要组织，减少了医生在术中对影像信息的依赖，降低了劳动强度和难度，也为医疗改革“分级诊疗”在肿瘤治疗领域的推广提供了客观基础。
[0014]本发明的3D打印微创导向模板也适合于应用在氩氦刀消融手术和冰冻消融手术上。例如，利用本发明能够进行粒子植入联合冰冻消融手术，在3D打印微创导向模板上打印出适合粒子植入的针道和冰冻消融针的针道，在一次手术中既植入粒子又进行冰冻消融。
[0015]通过附图以及随后的【具体实施方式】，本发明所具有的其它特征和优点将变得更加清楚。
【附图说明】
[0016]图1是根据本发明实施例的3D打印微创导向模板的制造方法的流程图。
[0017]图2是根据本发明实施例的3D打印微创导向模板的示意图。
[0018]图3是根据本发明实施例的3D打印微创导向模板引导下穿刺示意图。
【具体实施方式】
[0019]现在将详细地参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等效形式及其它实施方案。
[0020]图1是根据本发明实施例的3D打印微创导向模板的制造方法的流程图。
[0021 ]根据本发明实施例的3D打印微创导向模板的制造方法包括扫描步骤SlO 1、重构步骤S102、规划步骤S103、建模步骤S104和打印步骤S105。
[0022]扫描步骤SlOl包括对目标部位进行扫描获得目标部位的三维图像。这种扫描是采用电子计算机断层扫描(CT)设备或核磁共振成像(MRI)设备进行的，而目标部位是病灶部位及病灶周边部位，例如包括臀部、胸部、头部、颈部、背部、腰部、四肢部或身体其他部位。
[0023]重构步骤S102包括根据获得的三维图像重构获得目标部位的三维模型。根据之前扫描的技术特征，这里的重构也可以是基于扫描得到的多个断层图进行的。
[0024]规划步骤S103包括根据重构的三维模型以及医生要求规划进针方向、进针位置以及进针深度，剂量适形布源粒子位置。
[0025]建模步骤S104包括根据重构的三维模型与规划的进针方向、进针位置以及进针深度，建立导向模板数字模型。
[0026]打印步骤S105包括通过3D打印技术将导向模板数字模型打印成为3D打印微创导向模板。
[0027]重构步骤S102、规划步骤S103和建模步骤S104是利用治疗计划系统(TPS)进行的。
[0028]在规划步骤S103中，进针方向、进针位置以及进针深度的规划是基于正常组织器官的三维位置进行的。
[0029]在打印步骤S105中，获得的3D打印微创导向模板与目标部位适应性贴合。由于之前的扫描步骤中获得的三维图像实际上已经包含目标部位的形状和尺寸信息，而这些信息在后续的重构、建模、打印步骤中又得到了传递和保留，因此，最终获得的3D打印微创导向模板能够适应性贴合目标部位，从而有效降低进针方向、进针位置以及进针深度出现误差的可能性，降低了对治疗效果的不良影响。
[0030]根据本发明的优选实施例，在规划步骤中规划进针方向、进针位置以及进针深度，剂量适形布源粒子位置，规划得到的多个进针方向。在规划步骤中，以三维形式规划多个进针方向和多个进针位置。多个进针方向能根据重建的影像数据自由规避一个或者多个组织器官。剂量适形布源粒子位置，剂量计算是全3维实时计算。
[0031]根据本发明的优选实施例，在规划步骤S103中规划多个粒子布源位置，并且相应地根据每个粒子布源位置规划进针方向、进针位置以及进针深度，规划得到的多个进针方向彼此平行。彼此平行的进针方向能够简化后续的3D打印以及进针行为。
[0032]根据本发明的另一优选实施例，在规划步骤S103中，以三维形式规划多个进针方向和多个进针位置。也就是说，根据病情需要能够采用不同的进针形式，例如可以采用多个进针方向彼此平行的形式，也可以采用不平行的形式，其目的是使得进针通道避开正常组织或器官，例如防止进针通道从骨组织中穿过，从而降低了手术风险，简化了手术过程。
[0033]图2是根据本发明实施例的3D打印微创导向模板的示意图。根据图2所示的模板，设置有贴合病人CT扫描时固定位置的定位点21以及CT下模板与病人身体复位时激光定位的十字定位线22，所以很容易将模板复位。换言之，定位点21与病人做CT时标记的定位点位置相同，定位线22与CT激光定位线重合。三维穿刺针道23是通过TPS计算并设计的。在粒子植入治疗手术中，对应针道和每个针道下粒子数量和位置在计划书中有说明，符合粒子植入治疗的要求。
[0034]图3是根据本发明实施例的3D打印微创导向模板引导下穿刺示意图。图3中，3D打印微创适形模板33与体表贴合固定后，进行手术，由于采取三维进针设计了穿刺针道32，所以穿刺针31的穿刺过程避开了血管34和骨骼35以及其他正常组织器官，迅速准确到达肿瘤36中的适当位置，减少了手术时间，降低了患者病痛。
[0035]与现有技术相比，本发明能够在技术层面解决粒子植入手术中存在的进针通道与布源位置不准确、放射剂量不合理等问题;能够从标准化的角度提高粒子植入治疗的可靠性和疗效；同时能够减少医生所承担的体力、精力强度，大大减少手术时间和风险，令更多医生可以在安全性得到充分保障的情况下实施粒子植入治疗术。
[0036]前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导，很多改变和变化都是可能的。本发明的范围意在由所附权利要求书及等效形式所限定。
【主权项】
1.一种3D打印微创导向模板的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤: 扫描步骤，对目标部位进行扫描获得所述目标部位的三维图像； 重构步骤，根据获得的所述三维图像重构获得所述目标部位的三维模型； 规划步骤，根据重构的三维模型以及医生要求规划进针方向、进针位置以及进针深度，剂量适形布源粒子位置； 建模步骤，根据重构的三维模型与规划的进针方向、进针位置以及进针深度，建立导向模板数字模型； 打印步骤，通过3D打印技术将所述导向模板数字模型打印成为3D打印微创导向模板， 其中，所述重构步骤、所述规划步骤和所述建模步骤是利用治疗计划系统进行的； 在所述规划步骤中，进针方向、进针位置以及进针深度的规划是基于正常组织器官的三维位置进行的； 在所述打印步骤中，获得的3D打印微创导向模板与所述目标部位适应性贴合。2.根据权利要求1所述的3D打印微创导向模板的制造方法，其特征在于，在所述规划步骤中规划进针方向、进针位置以及进针深度，剂量适形布源粒子位置，规划得到的多个进针方向。3.根据权利要求1所述的3D打印微创导向模板的制造方法，其特征在于，在所述规划步骤中，以三维形式规划多个进针方向和多个进针位置。4.根据权利要求3所述的3D打印微创导向模板的制造方法，其特征在于，多个进针方向能根据重建的影像数据自由规避一个或者多个组织器官。5.根据权利要求1所述的3D打印微创导向模板的制造方法，其特征在于，剂量适形布源粒子位置，剂量计算是全3维实时计算。6.—种3D打印微创导向模板，其特征在于，根据重构的三维模型与规划的进针方向、进针位置以及进针深度，建立导向模板数字模型，使用3D打印微创导向模板的制造方法而获得的。
【文档编号】A61B17/00GK105963002SQ201610620011
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年8月1日
【发明人】李硕
【申请人】北京启麟科技有限公司