本发明涉及肿瘤放射治疗技术领域，尤其涉及基于3d打印的物理补偿器生成方法、电子设备、存储介质及系统。
背景技术：
传统的放疗物理补偿方法采用统一化模具制作的补偿器或成品化补偿器进行补偿，传统的放疗物理补偿方法中根据治疗计划(tps)系统的数据生成二维或三维文件，运用二维切割机或三维切割机在高密度泡沫上切割出补偿器模具，该方法对切割机精度和材料性能要求很高，产品制作麻烦且精度达不到临床要求，需要专业的设备、特殊的通风、排气工作场地，高温下的铅合金在泡沫上成型造成补偿器模具的形变和有毒的气体，补偿器模具制作的多道工艺流程需要人为测量，容易产生误差，导致补偿器精度低，耗时长；成品化的组织补偿胶直接放在需要补偿的位置处，与人体的贴服度低，且容易滑落，对患者后期治疗带来误差；而模体模型因患者的差异化停留在理论阶段，无法实际运用。
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基于3d打印的物理补偿器生成方法，通过根据患者的个性化数据3d打印补偿器模具和模体模型，产品精度高，满足临床治疗质控需求，为精准放疗提供有力保障。
本发明提供基于3d打印的物理补偿器生成方法，包括以下步骤：
创建3d模型，通过患者体表数据创建3d患者模型；
生成补偿器模具，选取所述3d患者模型上的补偿区域，获取所述补偿区域的厚度、曲面和大小信息进行3d打印，生成补偿器模具；
生成补偿器，将铅合金浇筑至所述补偿器模具内生成补偿器。
进一步地，所述步骤创建3d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患者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；所述步骤生成补偿器模具还包括获取所述3d患者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3d打印至所述补偿器模具上。
进一步地，所述通过所述医学影像数据重建患者体表轮廓包括以下步骤：
图形网格化处理，通过所述医学影像数据生成患者体表图，将所述患者体表图进行网格化处理，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补偿器之间的距离和所述补偿器厚度，计算所述加速器放射源与所述补偿器之间的距离与所述补偿器厚度的差值，将所述差值与所述加速器放射源与所述补偿器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补偿器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3d患者模型，在所述竖轴上以所述加速器放射源与所述补偿器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3d患者模型。
进一步地，在所述步骤物理补偿之后还包括步骤模体剂量验证，所述步骤模体剂量验证包括以下步骤：
创建3d模体模型，获取患者的医学影像数据，通过所述医学影像数据勾画患者体表外轮廓和肿瘤轮廓，对所述体表外轮廓和所述肿瘤轮廓进行3d模体模型重建，所述3d模体模型内设有测量探头位置，所述测量探头位置位于所述肿瘤轮廓的几何中心处；
3d打印模体模型，对所述3d模体模型进行3d打印，生成验证模体；
剂量验证，将测量探头置于所述测量探头位置处，将所述补偿器置于所述补偿区域对应验证模体的补偿部位处，将所述验证模体置于直线加速器或质子重离子治疗机的机头下进行剂量验证。
进一步地，所述3d模体模型内的组织与患者体内结构对应，所述组织的密度与所述患者体内结构的密度对应，所述步骤3d打印模体模型还包括更换与所述3d模体模型内的组织密度对应的打印材料对所述3d模体模型进行3d打印；所述步骤3d打印模体模型还包括3d打印所述3d模体模型的框架，所述3d模体模型框架内填充与所述患者体内结构密度对应的填充材料。
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基于3d打印的物理补偿器生成方法。
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基于3d打印的物理补偿器生成方法。
基于3d打印的物理补偿器生成系统，包括：
创建3d模型模块：用于通过患者体表数据创建3d患者模型；
生成补偿器模具模块：用于选取所述3d患者模型上的补偿区域，获取所述补偿区域的厚度、曲面和大小信息进行3d打印，生成补偿器模具；
生成补偿器模块：用于将铅合金浇筑至所述补偿器模具内生成补偿器。
进一步地，还包括模体剂量验证模块，所述模体剂量验证模块包括：
创建3d模体模型模块：用于获取患者的医学影像数据，通过所述医学影像数据勾画患者体表外轮廓和肿瘤轮廓，对所述体表外轮廓和所述肿瘤轮廓进行3d模体模型重建，所述3d模体模型内设有测量探头位置，所述测量探头位置位于所述肿瘤轮廓的几何中心处；
3d打印模体模型模块：用于对所述3d模体模型进行3d打印，生成验证模体；
剂量验证模块：用于将测量探头置于所述测量探头位置处，将所述补偿器置于所述补偿区域对应验证模体的补偿部位处，将所述验证模体置于直线加速器或质子重离子治疗机的机头下进行剂量验证；
所述创建3d患者模型模块还包括：
图形网格化处理模块：用于通过所述医学影像数据生成患者体表图，将所述患者体表图进行网格化处理，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补偿器之间的距离和所述补偿器厚度，计算所述加速器放射源与所述补偿器之间的距离与所述补偿器厚度的差值，将所述差值与所述加速器放射源与所述补偿器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补偿器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3d患者模型：用于在所述竖轴上以所述加速器放射源与所述补偿器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3d患者模型。
进一步地，所述生成补偿器模具模块和所述3d打印模体模型模块选取打印材料进行3d打印；所述3d模体模型内的组织与患者体内结构对应，所述组织的密度与所述患者体内结构的密度对应，所述3d打印模体模型模块更换与所述3d模体模型内的组织密度对应的打印材料对所述3d模体模型进行3d打印；所述3d打印模体模型模块3d打印所述3d模体模型的框架，所述3d模体模型框架内填充与所述患者体内结构密度对应的填充材料，所述打印材料包括聚乳酸材料、tpu材料、abs材料，所述填充材料包括液态蜡、发泡胶。
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3d患者模型，并具体公开了使用患者的医学影像数据创建3d模型的步骤，使用环保材料3d打印补偿器模具和模体模型，无需人为进行测量或制作，避免了人为因素造成的误差，补偿器精度高，产品制作过程不需要特殊的工作场地和专业的技术员，实现针对不同患者个性化数据制作补偿器模具和补偿器，满足高精度个性化临床需求，成本低，效率高；采用聚乳酸材料进行补偿器模具制作，解决了高温下铅合金在泡沫上成型造成补偿器模具形变和产生有毒气体的问题，减少医用垃圾；通过将患者信息和制作信息3d打印至补偿器模具，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；补偿器与人体的贴服度高，不容易滑落，满足临床治疗质控需求，为精准放疗提供有力保障；采用3d打印模体模型，验证模体复制患者内部结构和密度，使放疗射线的剂量在验证模体内的衰减更接近在患者体内的衰减，使剂量验证结果更准确。
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为本发明的基于3d打印的物理补偿器生成方法流程图；
图2为本发明的基于3d打印的物理补偿器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。
基于3d打印的物理补偿器生成方法，如图1所示，包括以下步骤：
创建3d患者模型，通过患者体表数据创建3d患者模型；优选的，步骤创建3d患者模型包括获取3d扫描仪扫描的患者体表数据创建3d患者模型；步骤创建3d患者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。
在一实施例中，如图2所示，优选的，通过医学影像数据重建患者体表轮廓包括以下步骤：
图形网格化处理，通过医学影像数据生成患者体表图，将患者体表图进行网格化处理，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补偿器之间的距离和补偿器厚度，加速器放射源与补偿器之间的距离以字母d表示，补偿器主体厚度以字母h表示，计算加速器放射源与补偿器之间的距离与补偿器主体厚度的差值，即d-h，将差值与加速器放射源与补偿器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)，在竖轴上以补偿器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3d患者模型，在竖轴上以加速器放射源与补偿器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3d患者模型。
生成补偿器模具，选取3d患者模型上的补偿区域，获取补偿区域的厚度、曲面和大小信息进行3d打印，生成补偿器模具，优选的，步骤生成补偿器模具还包括选取聚乳酸材料进行补偿器模具的3d打印，可以根据补偿区域对应患者人体结构的密度调整聚乳酸材料的密度，实现患者人体结构不同密度的治疗需求，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；解决了高温下铅合金在泡沫上成型造成补偿器模具形变和产生有毒气体的问题，减少医用垃圾；优选的，步骤生成补偿器模具还包括获取3d患者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打印至补偿器模具上，通过将患者信息和制作信息3d打印至补偿器模具，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。生成补偿器，将铅合金浇筑至补偿器模具内生成补偿器，将补偿器置于补偿区域对应患者体表的补偿部位处。传统物理补偿器是片状的软胶，角度可以贴合不是很锐利的轮廓，但对于本实施例中的人体头面部轮廓，传统物理补偿器不能完全贴合，本实施例中物理补偿器由外轮廓数据3d打印的补偿器模具生成，能够完全贴合人体头面部的外轮廓，不容易滑落，满足临床治疗质控需求，为精准放疗提供有力保障。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，补偿器精度高，产品制作过程不需要特殊的工作场地和专业的技术员，实现针对不同患者个性化数据制作补偿器模具和补偿器，满足高精度个性化临床需求，成本低，效率高。在一实施例中，优选的，在步骤物理补偿之后还包括步骤模体剂量验证，步骤模体剂量验证包括以下步骤：
创建3d模体模型，获取患者的医学影像数据，如：患者的ct、mri、pet-ct图像数据，通过医学影像数据勾画患者体表外轮廓和肿瘤轮廓，对体表外轮廓和肿瘤轮廓进行3d模体模型重建，使用模型相加工具，生成3d模体模型，3d模体模型内设有测量探头位置，测量探头位置位于肿瘤轮廓的几何中心处。
3d打印模体模型，将3d模体模型以stl格式导出至3d打印机，对3d模体模型进行3d打印，优选的，步骤3d打印模体模型还包括选取聚乳酸材料进行3d打印，打印层高为0.1mm，打印速度为40mm/s，生成验证模体。
在一实施例中，优选的，3d模体模型内的组织与患者体内结构对应，组织的密度与患者体内结构的密度对应，步骤3d打印模体模型还包括更换与3d模体模型内的组织密度对应的聚乳酸材料对3d模体模型进行3d打印；步骤3d打印模体模型还包括3d打印3d模体模型的框架，3d模体模型框架内填充与患者体内结构密度对应的填充材料，填充材料包括液态蜡、发泡胶。采用不同密度的聚乳酸材料3d打印模体模型生成验证模体，使验证模体复制了患者内部结构和密度，放疗射线的剂量在验证模体内的衰减更接近在患者体内的衰减，使剂量验证结果更准确。
剂量验证，将测量探头置于测量探头位置处，将补偿器置于补偿区域对应验证模体的补偿部位处，将验证模体置于直线加速器或质子重离子治疗机的机头下进行剂量验证。
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基于3d打印的物理补偿器生成方法；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基于3d打印的物理补偿器生成方法。
基于3d打印的物理补偿器生成系统，如图2所示，包括：
创建3d患者模型模块通过患者体表数据创建3d患者模型；优选的，创建3d患者模型模块获取3d扫描仪扫描的患者体表数据创建3d患者模型；创建3d患者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。
生成补偿器模具模块选取3d患者模型上的补偿区域，获取补偿区域的厚度、曲面和大小信息进行3d打印，生成补偿器模具；优选的，生成补偿器模具模块选取聚乳酸材料进行补偿器模具的3d打印，可以根据补偿区域对应患者人体结构的密度调整聚乳酸材料的密度，实现患者人体结构不同密度的治疗需求；优选的，生成补偿器模具模块获取3d患者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打印至补偿器模具上，通过将患者信息和制作信息3d打印至补偿器模具，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。
生成补偿器模块，将铅合金浇筑至补偿器模具内生成补偿器，将补偿器置于补偿区域对应患者体表的补偿部位处。传统物理补偿器是片状的软胶，角度可以贴合不是很锐利的轮廓，但对于本实施例中的人体头面部轮廓，传统物理补偿器不能完全贴合，本实施例中物理补偿器由外轮廓数据3d打印的补偿器模具生成，能够完全贴合人体头面部的外轮廓，不容易滑落，满足临床治疗质控需求，为精准放疗提供有力保障。
在一实施例中，优选的，还包括模体剂量验证模块，模体剂量验证模块包括：
创建3d模体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，通过医学影像数据勾画患者体表外轮廓和肿瘤轮廓，对体表外轮廓和肿瘤轮廓进行3d模体模型重建，使用模型相加工具，生成3d模体模型，3d模体模型内设有测量探头位置，测量探头位置位于肿瘤轮廓的几何中心处。
3d打印模体模型模块对3d模体模型进行3d打印，生成验证模体；优选的，3d打印模体模型模块选取聚乳酸材料进行3d打印，优选的，3d模体模型内的组织与患者体内结构对应，组织的密度与患者体内结构的密度对应，3d打印模体模型模块更换与3d模体模型内的组织密度对应的聚乳酸材料对3d模体模型进行3d打印；3d打印模体模型模块3d打印3d模体模型的框架，3d模体模型框架内填充与患者体内结构密度对应的填充材料，填充材料包括液态蜡、发泡胶。采用不同密度的聚乳酸材料3d打印模体模型生成验证模体，使验证模体复制了患者内部结构和密度，放疗射线的剂量在验证模体内的衰减更接近在患者体内的衰减，使剂量验证结果更准确。
剂量验证模块将测量探头置于测量探头位置处，将补偿器置于补偿区域对应验证模体的补偿部位处，将验证模体置于直线加速器或质子重离子治疗机的机头下进行剂量验证。
在一实施例中，优选的，创建3d患者模型模块还包括：
图形网格化处理模块通过医学影像数据生成患者体表图，将患者体表图进行网格化处理，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补偿器之间的距离和补偿器厚度，加速器放射源与补偿器之间的距离以字母d表示，补偿器主体厚度以字母h表示，计算加速器放射源与补偿器之间的距离与补偿器主体厚度的差值，即d-h，将差值与加速器放射源与补偿器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)，在竖轴上以补偿器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3d患者模型模块在竖轴上以加速器放射源与补偿器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3d患者模型。
在一实施例中，优选的，生成补偿器模具模块和3d打印模体模型模块选取打印材料进行3d打印；3d模体模型内的组织与患者体内结构对应，组织的密度与患者体内结构的密度对应，3d打印模体模型模块更换与3d模体模型内的组织密度对应的打印材料对3d模体模型进行3d打印；3d打印模体模型模块3d打印3d模体模型的框架，3d模体模型框架内填充与患者体内结构密度对应的填充材料，打印材料包括聚乳酸材料、tpu材料、abs材料，填充材料包括液态蜡、发泡胶。
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3d患者模型，使用环保材料3d打印补偿器模具和模体模型，无需人为进行测量或制作，避免了人为因素造成的误差，补偿器精度高，产品制作过程不需要特殊的工作场地和专业的技术员，实现针对不同患者个性化数据制作补偿器模具和补偿器，满足高精度个性化临床需求，成本低，效率高；采用聚乳酸材料进行补偿器模具制作，解决了高温下铅合金在泡沫上成型造成补偿器模具形变和产生有毒气体的问题，减少医用垃圾；通过将患者信息和制作信息3d打印至补偿器模具，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；补偿器与人体的贴服度高，不容易滑落，满足临床治疗质控需求，为精准放疗提供有力保障；采用3d打印模体模型，验证模体复制患者内部结构和密度，使放疗射线的剂量在验证模体内的衰减更接近在患者体内的衰减，使剂量验证结果更准确。
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。