一种瘤体内放射性粒子源植入针道路径规划及针道生成方法技术

本发明专利技术公开一种瘤体内放射性粒子源植入针道路径规划及针道生成方法，包括步骤：平行针道路径规划及针道生成：S101、在肿瘤内进行放射性粒子源线性水平排布；S102、将肿瘤分为多个方块；S103、在三维空间中选取一个点作为中心点，以穿过该中心点的Z轴作为中心线；S104、将肿瘤以中心点为中心旋转一周，设该旋转面与中心线的夹角为α；S105、调整旋转面与中心线的夹角重复操作；S106、循环执行S105，直至旋转面与中心线的夹角为α+180°；S107、调整旋转半径，执行S104‑S106；S108、循环执行S107，直至旋转半径超过设定值结束；S109、在旋转过程中，取度穿过瘤体外危及器官及组织的方块总数最少对应的旋转角度生成针道。本发明专利技术合理规划针道，能够避免对身体其他组织造成额外的伤害。

A Needle Path Planning and Needle Path Generation Method for Radioactive Particle Source Implantation in Tumor

【技术实现步骤摘要】
一种瘤体内放射性粒子源植入针道路径规划及针道生成方法
本专利技术属于放射性粒子植入
，具体涉及一种瘤体内放射性粒子源植入针道路径规划及针道生成方法。
技术介绍
组织间放射性粒子植入(也称近距离)治疗法，是将微型放射源(粒子)植入肿瘤内或受肿瘤浸润的组织中，包括恶性肿瘤沿淋巴途径扩散的组织，通过放射性粒子源发出持续低能量的γ射线，使肿瘤组织遭受最大程度的辐射损伤和破坏，而正常组织不受损伤或仅受轻微损伤，以达到治疗目的。按粒子植入时间可分为永久性植入法和非永久性植入法。专家认为，相比其他肿瘤治疗技术，放射性粒子植入治疗技术本身技术含量并不高、难度并不大。但由于直接植入人体内，而且是放射源，所以要严格把握适应症。对各种不同肿瘤的粒子植入治疗有不同的具体方法，由于粒子种植在三维空间进行，每种放射性粒子物理特性不同，对每种核素需要制定一种特殊的三维治疗计划系统，进行模拟粒子种植的空间分布，决定粒子种植数目和靶区及周围危险器官的剂量分布，指导临床粒子种植。首先要明确肿瘤的形态、位置、大小及与邻近器官、血管的关系，描绘出治疗的区域。常规的方式是对患者的肿瘤区域进行扫描，可通过B超、CT、ECT、MRI等影像检查获得患者的肿瘤区域图像，然后根据图像进行手动或者电脑靶区绘制，根据绘制好的靶区图进行粒子布局。其次要确定植入粒子的数量和位置，同时确认针道位置，这取决于肿瘤的大小和放射源的活性强度，粒子的数量和位置直接影响治疗效果以及对正常组织的损伤程度。最后确定粒子植入的方式与方法，常用粒子种植治疗有3种方式：模板种植、B超和CT引导下种植、术中种植。例如模板种植，是通过上述信息制作植入针模板，手术时，将患者固定在CT床上，并植入针模板固定在患者靠近肿瘤的皮肤位置，再将植入针按照预先设计步骤进行穿刺，同时实时通过CT扫描查看植入针位置，再通过设置在植入针上的刻度提供深度参考。当植入针到达指定深度时，开始注入粒子，然后向外拉出植入针，并当达到指定深度后再次注入粒子，直到该植入针上的所有粒子都已注入即可拉出植入针。现有技术中，在粒子布局阶段，均采用TPS系统，能够根据图像进行勾画确认肿瘤靶区，然后再进行粒子布局。但因为现有技术中在实际插入植入针时，只能通过模板固定引导植入针插入，而每个模板上设有的固定孔数量和位置均有限制，故在粒子布局时，不仅要保证肿瘤能够被完全覆盖，同时，还需要考虑植入针的插入难度。因为植入针在插入对应位置时，可能需要绕过一些组织或者骨质，从而能够避免对身体其他组织造成额外的伤害。而现有的植入针的针道设计不能避免对身体其他组织造成额外的伤害。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术目的在于提供一种瘤体内放射性粒子源植入针道路径规划及针道生成方法。本专利技术所采用的技术方案为：一种瘤体内放射性粒子源植入针道路径规划及针道生成方法，包括平行针道路径规划及针道生成；所述平行针道路径规划及针道生成包括如下步骤：S101、在肿瘤内进行放射性粒子源线性水平排布；S102、根据放射性粒子源线性水平排布的方向将肿瘤分为多个方块；S103、在三维空间中选取一个点作为中心点，以穿过该中心点的Z轴作为中心线；S104、将肿瘤以中心点为中心旋转一周，设该旋转面与中心线的夹角为α；S105、调整旋转面与中心线的夹角继续以中心点为中心旋转一周，该旋转面穿过中心点的法线与中心线始终位于同一平面；S106、循环执行S105，直至旋转面与中心线的夹角为α+180°；S107、调整旋转半径，执行S104-S106；S108、循环执行S107，直至旋转半径超过设定值结束；S109、在旋转过程中，取每个旋转半径上的Q个相同的旋转角度，并记录穿过瘤体外危及器官及组织的方块总数，取度穿过瘤体外危及器官及组织的方块总数最少对应的旋转角度，在该旋转角度上，以肿瘤每个方块的中心线作为线性基准线生成针道。在上述技术方案的基础上，所述瘤体内放射性粒子源植入针道路径规划及针道生成方法还包括自由角度针道路径规划及针道生成；所述自由角度针道路径规划及针道生成包括如下步骤：S201、在肿瘤内进行放射性粒子源游离排布，并记录游离排布时的旋转角度；S202、以放射性粒子源游离排布步骤中记录的旋转角度生成针道，将针道向外延伸，若延伸段未穿过瘤体外危及器官及组织则保留该针道，否则删除该针道，并重新进行放射性粒子源游离排布。在上述技术方案的基础上，所述S102中方块为X*1*1cm，X为肿瘤的长、宽或高值。在上述技术方案的基础上，所述肿瘤为分割好的肿瘤面绘制模型。在上述技术方案的基础上，所述分割好的肿瘤面绘制模型的制作方式如下：a1、获得目标部位的若干张断层扫描图，对断层扫描图进行预处理，将断层扫描图划分出目标部位区域和目标部位以外区域，并剔除掉目标部位以外区域，将目标部位区域中的肿瘤组织和其他组织进行标注，并标注出瘤体内危及器官和组织，获得多个标注样本，将标注样本进行存储，得到数据集；a2、建立3D卷积神经网络模型，将所有标注样本数据信息输入至3D卷积神经模型中进行训练，输出训练好的3D卷积神经深度学习模型；a3、对目标部位的断层扫描图进行预处理，将断层扫描图划分出目标部位区域和目标部位以外区域，并剔除掉目标部位以外区域；a4、将经过预处理的断层扫描图数据信息输入至训练好的3D卷积神经深度学习模型中，并输出分割好的3D立方块数据，将多个分割好的3D立方块数据进行合并，得到分割好的肿瘤面绘制模型。在上述技术方案的基础上，所述放射性粒子源线性水平排布包括如下步骤：S1011、提取已填充放射性粒子源的肿瘤；S1012、将肿瘤分为多个X*1*1cm的方块，X为肿瘤的长、宽或高值，分别取方块的中心线作为线性基准线；S1013、将距离方块中心线设定值范围内的放射性粒子源吸入该方块内，并将吸入方块内的放射性粒子源的中心点修正到该方块的线性基准线上，每个放射性粒子源仅移动一次；S1014、对移动后的放射性粒子进行相互之间的距离检测，当发生多个放射性粒子源重合相交或距离小于设定值时，删除后移动的放射性粒子源。在上述技术方案的基础上，所述S1013中设定值为1cm，所述S1014中设定值为5mm。在上述技术方案的基础上，所述放射性粒子源游离排布包括如下步骤：S2011a、以肿瘤最底端的放射性粒子源为中心点，以穿过该中心点的Z轴为中心线创建一个1*1*Zcm的虚拟柱体；S2012a、虚拟柱体以中心线向X轴倾斜s°并旋转一周，在旋转的过程中，若检测到有2个或多个游离的放射性粒子源在虚拟柱体内，则将其吸入该虚拟柱体内，并将吸入虚拟柱体内的放射性粒子源的中心点修正到该虚拟柱体的中心线上不再移动，并记录旋转角度；S2013a、再次向X轴倾斜s°并旋转一周，将游离的放射性粒子源吸入该虚拟柱体内，并将吸入虚拟柱体内的放射性粒子源的中心点修正到该虚拟柱体的中心线上不再移动，并记录旋转角度；S2014a、循环执行S2013a，直至虚拟柱体不与肿瘤相交时停止；S2015a、停止时，统计游离的放射性粒子源是否已全部移动过，若是则结束；若否则调整每次向X轴倾斜的度数，再循环执行S2012a-S2015a直至游离的放射性粒子源已全部移动过时结束；S2016a、对移动后的放射性粒子进行相互之间的距离检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种瘤体内放射性粒子源植入针道路径规划及针道生成方法，其特征在于：包括平行针道路径规划及针道生成；所述平行针道路径规划及针道生成包括如下步骤：S101、在肿瘤内进行放射性粒子源线性水平排布；S102、根据放射性粒子源线性水平排布的方向将肿瘤分为多个方块；S103、在三维空间中选取一个点作为中心点，以穿过该中心点的Z轴作为中心线；S104、将肿瘤以中心点为中心旋转一周，设该旋转面与中心线的夹角为α；S105、调整旋转面与中心线的夹角继续以中心点为中心旋转一周，该旋转面穿过中心点的法线与中心线始终位于同一平面；S106、循环执行S105，直至旋转面与中心线的夹角为α+180°；S107、调整旋转半径，执行S104‑S106；S108、循环执行S107，直至旋转半径超过设定值结束；S109、在旋转过程中，取每个旋转半径上的Q个相同的旋转角度，并记录穿过瘤体外危及器官及组织的方块总数，取度穿过瘤体外危及器官及组织的方块总数最少对应的旋转角度，在该旋转角度上，以肿瘤每个方块的中心线作为线性基准线生成针道。

【技术特征摘要】
1.一种瘤体内放射性粒子源植入针道路径规划及针道生成方法，其特征在于：包括平行针道路径规划及针道生成；所述平行针道路径规划及针道生成包括如下步骤：S101、在肿瘤内进行放射性粒子源线性水平排布；S102、根据放射性粒子源线性水平排布的方向将肿瘤分为多个方块；S103、在三维空间中选取一个点作为中心点，以穿过该中心点的Z轴作为中心线；S104、将肿瘤以中心点为中心旋转一周，设该旋转面与中心线的夹角为α；S105、调整旋转面与中心线的夹角继续以中心点为中心旋转一周，该旋转面穿过中心点的法线与中心线始终位于同一平面；S106、循环执行S105，直至旋转面与中心线的夹角为α+180°；S107、调整旋转半径，执行S104-S106；S108、循环执行S107，直至旋转半径超过设定值结束；S109、在旋转过程中，取每个旋转半径上的Q个相同的旋转角度，并记录穿过瘤体外危及器官及组织的方块总数，取度穿过瘤体外危及器官及组织的方块总数最少对应的旋转角度，在该旋转角度上，以肿瘤每个方块的中心线作为线性基准线生成针道。2.根据权利要求1所述的一种瘤体内放射性粒子源植入针道路径规划及针道生成方法，其特征在于：所述瘤体内放射性粒子源植入针道路径规划及针道生成方法还包括自由角度针道路径规划及针道生成；所述自由角度针道路径规划及针道生成包括如下步骤：S201、在肿瘤内进行放射性粒子源游离排布，并记录游离排布时的旋转角度；S202、以放射性粒子源游离排布步骤中记录的旋转角度生成针道，将针道向外延伸，若延伸段未穿过瘤体外危及器官及组织则保留该针道，否则删除该针道，并重新进行放射性粒子源游离排布。3.根据权利要求1所述的一种瘤体内放射性粒子源植入针道路径规划及针道生成方法，其特征在于：所述S102中方块为X*1*1cm，X为肿瘤的长、宽或高值。4.根据权利要求1所述的一种瘤体内放射性粒子源植入针道路径规划及针道生成方法，其特征在于：所述肿瘤为分割好的肿瘤面绘制模型。5.根据权利要求1所述的一种瘤体内放射性粒子源植入针道路径规划及针道生成方法，其特征在于：所述分割好的肿瘤面绘制模型的制作方式如下：a1、获得目标部位的若干张断层扫描图，对断层扫描图进行预处理，将断层扫描图划分出目标部位区域和目标部位以外区域，并剔除掉目标部位以外区域，将目标部位区域中的肿瘤组织和其他组织进行标注，并标注出瘤体内危及器官和组织，获得多个标注样本，将标注样本进行存储，得到数据集；a2、建立3D卷积神经网络模型，将所有标注样本数据信息输入至3D卷积神经模型中进行训练，输出训练好的3D卷积神经深度学习模型；a3、对目标部位的断层扫描图进行预处理，将断层扫描图划分出目标部位区域和目标部位以外区域，并剔除掉目标部位以外区域；a4、将经过预处理的断层扫描图数据信息输入至训练好的3D卷积神经深度学习模型中，并输出分割好的3D立方块数据，将多个分割好的3D立方块数据进行合并，得到分割好的肿瘤面绘制模型。6.根据权利要求4所述的一种瘤体内放射性粒子源植入针道路径规划及针道生成方法，其特征在于：所述放射性粒子源线性水平排布包括如下步骤：S1011、提取已填充放射性粒子源的肿瘤；S1012、将肿瘤分为多个X*1*1cm的方块，X为肿瘤的长、宽或高值，分别取方块的中心线作为线性基准线；S1013、将距离方块中心线设定值范围内的放射性粒子源吸入该方块内，并将吸入方块内的放射性粒子源的中心点修正到该方块的线性基准线上，每个放射性粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翔，孟群，毛瑞军，曲飞寰，石广越，
申请(专利权)人：成都真实维度科技有限公司，大连大学附属中山医院，
类型：发明
国别省市：四川,51