面向个性化放疗补偿膜的模具自动生成方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种面向个性化放疗补偿膜的模具自动生成方法、系统及存储介质，其中方法包括：获得包含患者体表的二值化图像以及包含患者体表曲面的三维模型；构建完全包含放射治疗中需照射的体表靶区的长方体，利用此长方体的边界切割三维模型得到仅有一层面片的体表曲面；将此体表曲面在坐标轴中的方位调整为适合于生成模具；求得曲面主法向量，旋转曲面至其主法向量为坐标轴正方向；根据新体表曲面特征自动生成能够浇筑出放疗补偿膜的一组上下模具，打印上下模具，通过硅胶注射孔向模具空腔中注入硅胶待凝固后得到补偿膜。本方法简单有效、过程全自动化，能够在临床上用于个性化放疗补偿膜的制作，且制作出的补偿膜个性化程度很高。程度很高。程度很高。

【技术实现步骤摘要】
面向个性化放疗补偿膜的模具自动生成方法、系统及存储介质


[0001]本专利技术涉及个性化放疗补偿膜领域，尤其涉及一种面向个性化放疗补偿膜的模具自动生成方法、系统及存储介质。

技术介绍

[0002]剂量建成效应是指在肿瘤的放射治疗中，电子的吸收剂量随深度增加而增加，到达某一深度达到峰值的现象。此效应导致在高能射线放射治疗中，浅表靶区组织吸收剂量达不到峰值且分布相对不均匀，影响治疗效果。因此选择合适厚度且材质近肤的补偿膜覆盖在皮肤表面，既可以修正剂量最大值使之稳定在体表靶区，也可以改善剂量分布情况。目前放射治疗所选用的常规方形平板补偿膜在体表不平坦的位置与皮肤间存在大小不一的空隙。这些空隙也会降低浅表组织的辐射吸收剂量。如果能够根据患者体表特征利用3D打印模具后倒模间接制作形状、材料均合适，且能够贴合体表的补偿膜，可以极大改善放射治疗效果。在专业的图形设计软件上制作这样的模具，需要操作者有使用这些软件的能力，耗时费力且需要大量先验知识。

技术实现思路

[0003]根据现有技术存在的问题，本专利技术公开了一种面向个性化放疗补偿膜的模具自动生成方法，包括如下步骤：
[0004]获取患者CT图像，对CT图像进行预处理，利用边缘检测算法提取CT图像中属于患者体表曲线的像素点获得包含患者体表的二值化图像，对二值化图像进行面绘制重构出仅包含患者体表曲面的三维模型；
[0005]构建完全包含放射治疗中需照射的体表靶区的长方体，利用此长方体的边界切割三维模型得到仅有一层面片的体表曲面；
[0006]调整体表曲面在坐标轴中的方位和角度，以长方体为标准、将长方体的中心以及体表曲面移动到原点，再对长方体和体表曲面进行两次空间旋转、使长方体各边分别与坐标轴平行；使用PCA主法向量算法求得旋转后的体表曲面的主法向量，再次旋转体表曲面使该主法向量与坐标轴平行并获得适合生成模具的新体表曲面；
[0007]根据新体表曲面特征自动生成能够浇筑出放疗补偿膜的一组上下模具，在上模具上设置硅胶注射孔和排气孔，所述排气孔用于排出在注射硅胶时上下模具内存在的空气；
[0008]打印上下模具，通过硅胶注射孔向模具空腔中注入硅胶待凝固后得到补偿膜。
[0009]所述构建长方体时：确定二维视窗中能够包含体表靶区的矩形，计算矩形四点所对应的世界坐标，计算三维模型中与此矩形所在平面距离最近的点，根据此点坐标及矩形法向量构建平面，根据矩形的四个点在平面上的投影点构造新矩形，确定长方体的另外四点所在的新的平面，将新矩形四个点在新的平面上的投影作为另外四点，将该另外四点与新矩形中的四点组成长方体。
[0010]对长方体和体表曲面进行两次空间旋转时：在第一次旋转时：将与y轴所在直线和长方体上表面法向量为方向向量的直线分别垂直的直线作为旋转轴，将y轴正方向的单位向量与长方体上表面法向量夹角为旋转角度；在第二次旋转时：将y轴所在直线作为旋转轴，将长方体上表面四边与x轴所在直线的最小夹角作为旋转角；所述再次旋转体表曲面时：旋转轴为与主法向量为方向向量的直线和y轴所在直线分别垂直的直线、旋转角度为主法向量和y轴正方向的单位向量的夹角。
[0011]所述生成下模具时：寻找新体表曲面中仅被一个三角面片使用的边，使用组成这些边的点坐标组成边缘点环形队列，寻找各边与坐标轴平行且能够完全包含曲面的最小长方体RecA，以及与最小长方体RecA同一中心、而各边分别长于RecA一定值d的另一长方体RecB、及各边长于RecB一定值d的长方体RecC，对于边缘点环形队列中组成一边的两点
[0012][0013]在过RecA中心且与y轴平行的直线上寻找y坐标分别与此二点相同的点
[0014][0015]从点B1向点A1作射线，计算其与RecA、RecB、RecC的交点
[0016][0017]同理得到
[0018][0019]取一定值h作为两模具相合部分高度，以及由上模具曲面最高点高度决定的H，则组合面片的点如下
[0020][0021][0022][0023][0024][0025]O(0，0，0)。
[0026]构造四边形面片或三角面片，这些面片包含：由A1、A2、C1、C2组成的四边形面片，由C1、C2、C
′1、C
′2组成的四边形面片，由C
′1、C
′2、E
′1、E
′2组成的四边形面片，由E
′1、E
′2、E
″1、E
″2组成的四边形面片，由E
″1、E
″2、D
′1、D
′2组成的四边形面片，由D
′1、D
′2、D
″1、D
″2组成的四边形面片，由D
″1、D
″2、O组成的三角面片；
[0027]对于边缘点序列中每一组成边的两点，分别生成上述模具单元，组合形成完整的下模具。
[0028]所述生成上模具时：将新体表曲面复制并将每一点向上移动一定距离t形成上模具体表曲面，t为期望的补偿膜厚度，将其面片法向量反置，则组合上模具面片的点如下：
[0029][0030][0031]O
′
(0，0，0)。
[0032]构造四边形面片或三角面片，这些面片包含：由A
′1、A
′2、C
′1、C
′2组成的四边形面片，由C
′1、C
′2、E
′1、E
′2组成的四边形面片，由E
′1、E
′2、E
″1、E
″2组成的四边形面片，由E
″1、E
″2、D
′1、D
′2组成的四边形面片，由D
′1、D
′2、D
″′1、D
″′2组成的四边形面片，由D
″′1、D
″′2、O
′
组成的三角面片；
[0033]对于边缘点序列中每一组成边的两点，分别生成上述模具单元，组合形成完整的上模具。
[0034]所述设置硅胶注射孔时：在整个上模具体表曲面的最高点上、以此最高点为中心使用贯穿上模具体表曲面的长方体剪切上模具作为硅胶注射孔，并使用四个曲边梯形填充剪切的内部边缘。
[0035]所述设置排气孔时：在XOZ平面上将上模具体表曲面划分为一定大小的网格，在每一网格中寻找上模具体表曲面的最高点、以此最高点为中心、使用以r为半径的圆柱剪切上模具作为圆形排气孔，并使用无盖圆柱填充剪切的内部边缘。
[0036]8、一种面向个性化放疗补偿膜的模具自动生成系统，包括：
[0037]模型获取单元，通过获取患者CT图像，并对CT图像进行预处理，利用边缘检测算法提取CT图像中属于患者体表曲线的像素点获得包含患者体表的二值化图像，再对二值化图像进行面绘制重构出仅包含患者体表曲面的三维模型；
[0038]曲面构造单元，构建完全包含放射治疗中需照射的体表靶区的长方体，采用该长方体的边界切割三维模型得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向个性化放疗补偿膜的模具自动生成方法，其特征在于包括：获取患者CT图像，对CT图像进行预处理，利用边缘检测算法提取CT图像中属于患者体表曲线的像素点获得包含患者体表的二值化图像，对二值化图像进行面绘制重构出仅包含患者体表曲面的三维模型；构建完全包含放射治疗中需照射的体表靶区的长方体，利用此长方体的边界切割三维模型得到仅有一层面片的体表曲面；调整体表曲面在坐标轴中的方位和角度，以长方体为标准、将长方体的中心以及体表曲面移动到原点，再对长方体和体表曲面进行两次空间旋转、使长方体各边分别与坐标轴平行；使用PCA主法向量算法求得旋转后的体表曲面的主法向量，再次旋转体表曲面使该主法向量与坐标轴平行并获得适合生成模具的新体表曲面；根据新体表曲面特征自动生成能够浇筑出放疗补偿膜的一组上下模具，在上模具上设置硅胶注射孔和排气孔，所述排气孔用于排出在注射硅胶时上下模具内存在的空气；打印上下模具，通过硅胶注射孔向模具空腔中注入硅胶待凝固后得到补偿膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述构建长方体时：确定二维视窗中能够包含体表靶区的矩形，计算矩形四点所对应的世界坐标，计算三维模型中与此矩形所在平面距离最近的点，根据此点坐标及矩形法向量构建平面，根据矩形的四个点在平面上的投影点构造新矩形，确定长方体的另外四点所在的新的平面，将新矩形四个点在新的平面上的投影作为另外四点，将该另外四点与新矩形中的四点组成长方体。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：对长方体和体表曲面进行两次空间旋转时：在第一次旋转时：将与y轴所在直线和长方体上表面法向量为方向向量的直线分别垂直的直线作为旋转轴，将y轴正方向的单位向量与长方体上表面法向量夹角为旋转角度；在第二次旋转时：将y轴所在直线作为旋转轴，将长方体上表面四边与x轴所在直线的最小夹角作为旋转角；所述再次旋转体表曲面时：旋转轴为与主法向量为方向向量的直线和y轴所在直线分别垂直的直线、旋转角度为主法向量和y轴正方向的单位向量的夹角。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述生成下模具时：寻找新体表曲面中仅被一个三角面片使用的边，使用组成这些边的点坐标组成边缘点环形队列，寻找各边与坐标轴平行且能够完全包含曲面的最小长方体RecA，以及与最小长方体RecA同一中心、而各边分别长于RecA一定值d的另一长方体RecB、及各边长于RecB一定值d的长方体RecC，对于边缘点环形队列中组成一边的两点在过RecA中心且与y轴平行的直线上寻找y坐标分别与此二点相同的点从点B1向点A1作射线，计算其与RecA、RecB、RecC的交点同理得到取一定值h作为两模具相合部分高度，以及由上模具曲面最高点高度决定的H，则组合
面片的点如下面片的点如下面片的点如下面片的点如下面片的点如下O(0,0,0)构造四边形面片或三角面片，这些面片包含：由A1、A2、C1、C2组成的四边形面片，由C1、C2、C
′1、C
′2组成的四边形面片，由C
′1、C
′2、E
′1、E
′2组成的四边形面片，由E
′1、E
′2、E
″1、E
″2组成的四边形面片，由E
″1、E
″2、D
′1、D
′2组成的四边形面片，由D
′1、D
′2、D
″1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，曹启明，王淇锋，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：