本發(fā)明涉及醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于三維掃描的放療體位固定裝置制作方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

放射治療是利用放射線治療疾病的一種局部治療方法。放療過程中，通過最大限度的照射靶區(qū)，同時(shí)減少周圍正常組織和器官的照射，增加腫瘤的局部控制概率并減低周圍正常組織的并發(fā)癥概率。

為保證射線的精確照射，治療中需要將患者固定于直線加速器的治療床上，并保持與定位掃描時(shí)相同的體位目前對患者體位固定的方法主要有真空墊固定法和熱塑成型模具固定法。然而目前這兩種方法都比較耗時(shí)耗力：真空墊固定法需要技術(shù)員根據(jù)患者的頸部曲度、身體胖瘦等情況多次手動調(diào)整不同位置的充盈程度，固定的準(zhǔn)確性依賴操作者的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)該過程中需要真空泵對真空袋抽氣；熱塑成型模具在制作前需要在70℃恒溫水箱中浸泡軟化，然后緊貼患者顱部或胸腹部，經(jīng)過一段時(shí)間的冷卻后成型，該方法需要患者體表承受短時(shí)間的高溫，然后等待模具的成型。另外該熱塑成型材料使用完畢后需消毒后銷毀，無法重復(fù)利用。以上兩種制作方法均需要操作者根據(jù)激光燈在真空墊或者熱塑成型模具的表面的投影位置手工勾畫三維方向的定位線。整個制作過程時(shí)間久，并且效率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種快速高效，方便準(zhǔn)確的一種基于三維掃描的放療體位固定裝置制作方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種基于三維掃描的放療體位固定裝置制作方法，包括以下步驟：

對患者進(jìn)行三維激光掃描從而采集數(shù)據(jù)，獲取患者治療體位下的體表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并建立患者體表三維可視化模型；

根據(jù)患者的體表三維可視化模型在計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)對應(yīng)的體位固定裝置，并根據(jù)定位需要生成固定裝置的數(shù)字化模型；

根據(jù)數(shù)字化模型，通過3d打印機(jī)打印出患者的體位固定裝置。

作為所述的一種基于三維掃描的放療體位固定裝置制作方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的對患者進(jìn)行三維激光掃描從而采集數(shù)據(jù)，獲取患者治療體位下的體表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并建立患者體表三維可視化模型，這一步驟具體包括：

對患者實(shí)體和反射參照點(diǎn)進(jìn)行三維激光掃描，得到患者的體表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和掃描圖像；

對體表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和掃描圖像進(jìn)行預(yù)處理；

選取特定的反射參照目標(biāo)作為控制點(diǎn)，利用高對比度特性實(shí)現(xiàn)掃描圖像的定位以及掃描圖像和掃描影像之間的匹配；

掃描的同時(shí)獲得每幅掃描圖像中控制點(diǎn)的坐標(biāo)和方位，再進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，計(jì)算獲得三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換后的絕對坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；

根據(jù)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)對實(shí)體建立三維可視化模型，其中利用三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲得患者體表模型的數(shù)據(jù)，利用影像數(shù)據(jù)獲得邊緣和角落的信息，最后通過獲取的點(diǎn)云強(qiáng)度信息和相機(jī)獲取的影像信息對患者體表進(jìn)行紋理細(xì)節(jié)的修改。

作為所述的一種基于三維掃描的放療體位固定裝置制作方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的對體表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和掃描圖像進(jìn)行預(yù)處理，這一步驟具體包括：

對體表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過過濾算法剔除原始數(shù)據(jù)中的錯誤點(diǎn)；

對掃描圖像進(jìn)行幾何糾正和平滑處理。

作為所述的一種基于三維掃描的放療體位固定裝置制作方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的根據(jù)患者的體表三維可視化模型在計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)對應(yīng)的體位固定裝置，并根據(jù)定位需要生成固定裝置的數(shù)字化模型，這一步驟具體包括：

根據(jù)患者的治療體位及所需固定人體長軸方向的長度，對患者體表輪廓的體表三維可視化模型進(jìn)行重建及平滑處理；

根據(jù)患者的治療部位及腫瘤的位置，在體表三維可視化模型表面加入三維定位線的位置信息，得到固定裝置的數(shù)字化模型；

根據(jù)固定裝置的數(shù)字化模型，在計(jì)算機(jī)中生成體位固定裝置的stl文件。

作為所述的一種基于三維掃描的放療體位固定裝置制作方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的根據(jù)數(shù)字化模型，通過3d打印機(jī)打印出患者的體位固定裝置，這一步驟具體為：

根據(jù)數(shù)字化模型，通過3d打印機(jī)以熔融沉積造型為疊加工藝，打印出所述表面刻有三維定位線的體位固定裝置。

本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是：

一種基于三維掃描的放療體位固定裝置制作系統(tǒng)，包括：

可視化模型建立單元，用于對患者進(jìn)行三維激光掃描從而采集數(shù)據(jù)，獲取患者治療體位下的體表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并建立患者體表三維可視化模型；

數(shù)字化模型生成單元，用于根據(jù)患者的體表三維可視化模型在計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)對應(yīng)的體位固定裝置，并根據(jù)定位需要生成固定裝置的數(shù)字化模型；

打印單元，用于根據(jù)數(shù)字化模型，通過3d打印機(jī)打印出患者的體位固定裝置。

作為所述的一種基于三維掃描的放療體位固定裝置制作系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的可視化模型建立單元具體包括：

掃描單元，用于對患者實(shí)體和反射參照點(diǎn)進(jìn)行三維激光掃描，得到患者的體表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和掃描圖像；

預(yù)處理單元，用于對體表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和掃描圖像進(jìn)行預(yù)處理；

定位單元，用于選取特定的反射參照目標(biāo)作為控制點(diǎn)，利用高對比度特性實(shí)現(xiàn)掃描圖像的定位以及掃描圖像和掃描影像之間的匹配；

坐標(biāo)計(jì)算單元，用于掃描的同時(shí)獲得每幅掃描圖像中控制點(diǎn)的坐標(biāo)和方位，再進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，計(jì)算獲得三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換后的絕對坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；

模型建立單元，用于根據(jù)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)對實(shí)體建立三維可視化模型，其中利用三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲得患者體表模型的數(shù)據(jù)，利用影像數(shù)據(jù)獲得邊緣和角落的信息，最后通過獲取的點(diǎn)云強(qiáng)度信息和相機(jī)獲取的影像信息對患者體表進(jìn)行紋理細(xì)節(jié)的修改。

作為所述的一種基于三維掃描的放療體位固定裝置制作系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的預(yù)處理單元具體包括：

數(shù)據(jù)預(yù)處理單元，用于對體表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過過濾算法剔除原始數(shù)據(jù)中的錯誤點(diǎn)；

圖像預(yù)處理單元，用于對掃描圖像進(jìn)行幾何糾正和平滑處理。

作為所述的一種基于三維掃描的放療體位固定裝置制作系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的數(shù)字化模型生成單元具體包括：

模型重建單元，用于根據(jù)患者的治療體位及所需固定人體長軸方向的長度，對患者體表輪廓的體表三維可視化模型進(jìn)行重建及平滑處理；

數(shù)字化模型獲取單元，用于根據(jù)患者的治療部位及腫瘤的位置，在體表三維可視化模型表面加入三維定位線的位置信息，得到固定裝置的數(shù)字化模型；

文件生成單元，用于根據(jù)固定裝置的數(shù)字化模型，在計(jì)算機(jī)中生成體位固定裝置的stl文件。

作為所述的一種基于三維掃描的放療體位固定裝置制作系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的打印單元具體為：

根據(jù)數(shù)字化模型，通過3d打印機(jī)以熔融沉積造型為疊加工藝，打印出所述表面刻有三維定位線的體位固定裝置。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明一種基于三維掃描的放療體位固定裝置制作方法及系統(tǒng)通過三維激光掃描建立體表三維可視化模型，并根據(jù)定位需要生成固定裝置的數(shù)字化模型，進(jìn)而通過3d打印機(jī)打印得到體位固定裝置，這個過程快速高效，且三維掃描能適應(yīng)不同患者的體表情況，使得得到的體位固定裝置更加準(zhǔn)確適合患者。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說明：

圖1是本發(fā)明一種基于三維掃描的放療體位固定裝置制作方法的步驟流程圖；

圖2是本發(fā)明一種基于三維掃描的放療體位固定裝置制作方法中可視化模型建立的步驟流程圖；

圖3是本發(fā)明一種基于三維掃描的放療體位固定裝置制作方法中數(shù)字化模型生成的步驟流程圖；

圖4是本發(fā)明一種基于三維掃描的放療體位固定裝置制作系統(tǒng)的模塊方框圖。

具體實(shí)施方式

參考圖1，本發(fā)明一種基于三維掃描的放療體位固定裝置制作方法，包括以下步驟：

對患者進(jìn)行三維激光掃描從而采集數(shù)據(jù)，獲取患者治療體位下的體表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并建立患者體表三維可視化模型；

根據(jù)患者的體表三維可視化模型在計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)對應(yīng)的體位固定裝置，并根據(jù)定位需要生成固定裝置的數(shù)字化模型；

根據(jù)數(shù)字化模型，通過3d打印機(jī)打印出患者的體位固定裝置。

參考圖2，進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的對患者進(jìn)行三維激光掃描從而采集數(shù)據(jù)，獲取患者治療體位下的體表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并建立患者體表三維可視化模型，這一步驟具體包括：

對患者實(shí)體和反射參照點(diǎn)進(jìn)行三維激光掃描，得到患者的體表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和掃描圖像；

對體表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和掃描圖像進(jìn)行預(yù)處理；

選取特定的反射參照目標(biāo)作為控制點(diǎn)，利用高對比度特性實(shí)現(xiàn)掃描圖像的定位以及掃描圖像和掃描影像之間的匹配；

掃描的同時(shí)獲得每幅掃描圖像中控制點(diǎn)的坐標(biāo)和方位，再進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，計(jì)算獲得三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換后的絕對坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；

根據(jù)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)對實(shí)體建立三維可視化模型，其中利用三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲得患者體表模型的數(shù)據(jù)，利用影像數(shù)據(jù)獲得邊緣和角落的信息，最后通過獲取的點(diǎn)云強(qiáng)度信息和相機(jī)獲取的影像信息對患者體表進(jìn)行紋理細(xì)節(jié)的修改。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的對體表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和掃描圖像進(jìn)行預(yù)處理，這一步驟具體包括：

對體表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過過濾算法剔除原始數(shù)據(jù)中的錯誤點(diǎn)；

對掃描圖像進(jìn)行幾何糾正和平滑處理。

參考圖3，優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的根據(jù)患者的體表三維可視化模型在計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)對應(yīng)的體位固定裝置，并根據(jù)定位需要生成固定裝置的數(shù)字化模型，這一步驟具體包括：

根據(jù)患者的治療體位及所需固定人體長軸方向的長度，對患者體表輪廓的體表三維可視化模型進(jìn)行重建及平滑處理；

根據(jù)患者的治療部位及腫瘤的位置，在體表三維可視化模型表面加入三維定位線的位置信息，得到固定裝置的數(shù)字化模型；

根據(jù)固定裝置的數(shù)字化模型，在計(jì)算機(jī)中生成體位固定裝置的stl文件。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的根據(jù)數(shù)字化模型，通過3d打印機(jī)打印出患者的體位固定裝置，這一步驟具體為：

根據(jù)數(shù)字化模型，通過3d打印機(jī)以熔融沉積造型為疊加工藝，打印出所述表面刻有三維定位線的體位固定裝置。

參考圖4，本發(fā)明基于三維掃描的放療體位固定裝置制作系統(tǒng)，包括：

可視化模型建立單元，用于對患者進(jìn)行三維激光掃描從而采集數(shù)據(jù)，獲取患者治療體位下的體表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并建立患者體表三維可視化模型；

數(shù)字化模型生成單元，用于根據(jù)患者的體表三維可視化模型在計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)對應(yīng)的體位固定裝置，并根據(jù)定位需要生成固定裝置的數(shù)字化模型；

打印單元，用于根據(jù)數(shù)字化模型，通過3d打印機(jī)打印出患者的體位固定裝置。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的可視化模型建立單元具體包括：

掃描單元，用于對患者實(shí)體和反射參照點(diǎn)進(jìn)行三維激光掃描，得到患者的體表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和掃描圖像；

預(yù)處理單元，用于對體表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和掃描圖像進(jìn)行預(yù)處理；

定位單元，用于選取特定的反射參照目標(biāo)作為控制點(diǎn)，利用高對比度特性實(shí)現(xiàn)掃描圖像的定位以及掃描圖像和掃描影像之間的匹配；

坐標(biāo)計(jì)算單元，用于掃描的同時(shí)獲得每幅掃描圖像中控制點(diǎn)的坐標(biāo)和方位，再進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，計(jì)算獲得三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換后的絕對坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；

模型建立單元，用于根據(jù)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)對實(shí)體建立三維可視化模型，其中利用三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲得患者體表模型的數(shù)據(jù)，利用影像數(shù)據(jù)獲得邊緣和角落的信息，最后通過獲取的點(diǎn)云強(qiáng)度信息和相機(jī)獲取的影像信息對患者體表進(jìn)行紋理細(xì)節(jié)的修改。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的預(yù)處理單元具體包括：

數(shù)據(jù)預(yù)處理單元，用于對體表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過過濾算法剔除原始數(shù)據(jù)中的錯誤點(diǎn)；

圖像預(yù)處理單元，用于對掃描圖像進(jìn)行幾何糾正和平滑處理。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的數(shù)字化模型生成單元具體包括：

模型重建單元，用于根據(jù)患者的治療體位及所需固定人體長軸方向的長度，對患者體表輪廓的體表三維可視化模型進(jìn)行重建及平滑處理；

數(shù)字化模型獲取單元，用于根據(jù)患者的治療部位及腫瘤的位置，在體表三維可視化模型表面加入三維定位線的位置信息，得到固定裝置的數(shù)字化模型；

文件生成單元，用于根據(jù)固定裝置的數(shù)字化模型，在計(jì)算機(jī)中生成體位固定裝置的stl文件。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的打印單元具體為：

根據(jù)數(shù)字化模型，通過3d打印機(jī)以熔融沉積造型為疊加工藝，打印出所述表面刻有三維定位線的體位固定裝置。

本發(fā)明的具體實(shí)施例如下：

s01、根據(jù)不同放射治療的需要令患者保持治療體位；

s02、利用軟件平臺控制高精度非接觸式激光三維人體掃描儀對患者實(shí)體和反射參照點(diǎn)進(jìn)行三維激光掃描，盡可能多的獲取患者體表幾何位置信息，得到患者的體表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和掃描圖像；這些原始數(shù)據(jù)一并存儲在特定的工程文件中；

s03、數(shù)據(jù)獲取完畢后對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，對體表三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過過濾算法剔除原始數(shù)據(jù)中的錯誤點(diǎn)；對掃描圖像進(jìn)行幾何糾正和平滑處理；

s04、選取特定的反射參照目標(biāo)作為控制點(diǎn)，利用高對比度特性實(shí)現(xiàn)掃描圖像的定位以及掃描圖像和掃描影像之間的匹配；掃描的同時(shí)獲得每幅掃描圖像中控制點(diǎn)的坐標(biāo)和方位，再進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，計(jì)算獲得三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換后的絕對坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；

s05、根據(jù)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)對實(shí)體建立三維可視化模型，其中利用三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲得患者體表模型的數(shù)據(jù)，利用影像數(shù)據(jù)獲得邊緣和角落的信息，最后通過獲取的點(diǎn)云強(qiáng)度信息和相機(jī)獲取的影像信息對患者體表進(jìn)行紋理細(xì)節(jié)的修改；

s06、根據(jù)患者的治療體位及所需固定人體長軸方向的長度，對患者體表輪廓的體表三維可視化模型進(jìn)行重建及平滑處理；

s07、根據(jù)患者的治療部位及腫瘤的位置，在體表三維可視化模型表面加入三維定位線的位置信息，得到固定裝置的數(shù)字化模型；

s08、根據(jù)固定裝置的數(shù)字化模型，在計(jì)算機(jī)中生成體位固定裝置的stl文件；

s09、將固定裝置的stl文件發(fā)送給3d打印機(jī)。

s10、3d打印機(jī)根據(jù)接收的stl文件，根據(jù)數(shù)字化模型，通過3d打印機(jī)以熔融沉積造型為疊加工藝，打印出所述表面刻有三維定位線的體位固定裝置。打印材料為無害并且可以降解的pla材料。

從上述內(nèi)容可知，本發(fā)明一種基于三維掃描的放療體位固定裝置制作方法及系統(tǒng)通過三維激光掃描建立體表三維可視化模型，并根據(jù)定位需要生成固定裝置的數(shù)字化模型，進(jìn)而通過3d打印機(jī)打印得到體位固定裝置，這個過程快速高效，且三維掃描能適應(yīng)不同患者的體表情況，使得得到的體位固定裝置更加準(zhǔn)確適合患者。

以上是對本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。