应用Python的3D打印联合近距离放疗建模方法与流程

应用python的3d打印联合近距离放疗建模方法
技术领域
1.本发明涉及近距离放射治疗领域，特别涉及python编程语言。


背景技术：

2.宫颈癌是一个持续的公共卫生问题，影响着全世界的妇女。近距离放疗是原发子宫颈癌根治性放疗的关键部分，对于腔内近距离放疗无法进行的患者或腔内近距离放疗不满意的患者可使用组织间插植。
3.但徒手插植存在插植针脱靶穿入正常组织的危险性，为保证插植操作安全及增加后装近距离放疗计划的剂量调制能力，3d打印联合后装近距离插植放疗成为当前热门研究方向，由于3d打印的全程可视化操作，可预设计进针方向、位置及深度，表现出明显的剂量学优势及安全性保障。
4.但由于目前近距离治疗计划系统并未支持3d建模及3d打印功能，且放疗医师和放疗物理师对建模并不精通，需要与3d打印公司的建模工程师沟通来共同完成建模过程，建模工程师对人体解剖、靶区勾画、放射剂量学及近距离放疗也不了解，导致建模时间大量耗费在沟通步骤上，少则几小时，遇到复杂需要多次修改的病例，建模时间可能达到几天，甚至最终结果也不能令人满意。


技术实现要素：

5.为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种应用python编程语言的3d打印联合近距离放疗建模方法，可流程化地快捷建模，方便放疗医师或物理师直接使用，可有效缩短建模时间。
6.本发明采用的技术方案是：患者肠道膀胱准备、将宫腔管施源器插入患者宫颈、在患者阴道内充分填塞纱布、获得患者的ct影像图像、导入mimics医学建模软件、由放疗医师勾画靶区和阴道填塞纱布及危及器官mask、由mask生成.stl（ascii）文件、将stl文件导入c4d建模软件、编写python自动化脚本及python生成器、执行编写好的python脚本、弹出“创建”对话框、在对话框内设置施源器宫腔管尺寸和角度及插植针尺寸、python脚本根据要求自动创建施源器宫腔管和插植针模型、调整宫腔管使其重合定位时位置、调整插植针模型使其在靶区内分布均匀且不侵入到危及器官内部、使用编写好的python生成器生成参考处方剂量线、根据参考剂量线调整插植针位置至满意、执行阴道填塞纱布模型与施源器插植针的布尔逻辑运算、得到固定施源器宫腔管及插植针方向的施源模体文件、将施源模体文件导出为.stl文件、传输至3d打印机打印。
7.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明全程可视化，步骤流程化，建模自动化，且能生成参考处方剂量线；应用python脚本可自动化创建现存所有规格的宫腔管施源器及插植针模型，涵盖所有厂家的施源器及插植针标准，省去宫腔管施源器及插植针建模步骤；相较于mimics医学建模软件，在c4d建模软件中可方便快捷地查看、调整插植针位置，防止插植针刺入危及器官；应用python生成器可自动生成参考处方剂量线，剂量线以危
及器官边界为界，剂量线根据宫腔管施源器及插植针位置实时渲染，可提前预知处方剂量对靶区包绕情况，以防出现插植针排布不合理，导致后续放疗计划不满意的情况；整个建模流程在熟练人员操作下，可将建模时间缩短至３到５分钟。
附图说明
8.附图1是本发明的勾画示意图，在本发明中使用的是mimics医学建模软件1，根据患者影像图像逐层绘制出靶区2、宫颈施源器3和阴道填塞纱布4的mask遮罩5，由遮罩生成3dpart6，由3dpart生成.stl文件7。
9.附图2是本发明的施源器及插植针python自动建模示意图，在本发明中使用的是c４d建模软件1，2为python脚本，3为执行python脚本后弹出的对话框，对话框包含施源器宫腔管及插植针的自定义输入端口4，5为宫腔管施源器半径，6为宫腔管施源器长度，7为宫腔管施源器角度，8为插植针半径，9为插植针长度，插植针数量默认为4支，可根据实际需求增减。
10.附图3是本发明的自动创建的宫腔管施源器及插植针模型示意图，在本发明中使用的是c４d建模软件1，2为python脚本，3为根据输入python自动创建的宫腔管施源器及插植针模型。
11.附图4是本发明的参考处方剂量线示意图，在本发明中使用的是c４d建模软件1，2为python脚本，3为导入c４d的oar.ｓｔｌ模型文件，4为施源模体文件，5为调整至满意位置的施源器宫腔管及插植针模型，6为python生成器生成的参考处方剂量线，7为python生成器，python生成器以规定间隔抓取宫腔管施源器及插植针中心点位置为空驻留点位，由于在近距离治疗计划系统中可根据处方剂量要求定义每驻留点放射源驻留时间（逆设计计划），所以可将剂量线等效为每驻留点驻留规定时间的剂量球叠加，以此为原理生成参考剂量线。在靶区内的驻留点位为激活状态，可作为生成剂量球的中心点。
具体实施方式
12.患者肠道膀胱准备；将宫腔管施源器插入患者宫颈，用以后续近距离治疗中固定施源模体与子宫，由于mri兼容施源器末端有膨大连接口，故采用全长相同直径的金属宫腔管施源器，不阻碍施源模体植入；在患者阴道内充分填塞纱布，尽量保证宫腔管施源器在中心位置，方便后续近距离治疗中施源模体放置；获得患者的ct影像图像导入mimics医学建模软件；由放疗医师勾画靶区和阴道填塞纱布及危及器官区域mask；由mask生成.stl（ascii）文件，ascii标准格式编码的ｓｔｌ文件包含位置信息，将stl文件导入c4d建模软件；编写python自动化脚本及python生成器，python脚本用于生成宫腔管施源器及插植针模型，python生成器用于生成参考处方剂量线；执行编写好的python脚本，弹出“创建”对话框，在对话框内设置施源器宫腔管尺寸和角度及插植针尺寸，python脚本根据要求自动创建施源器宫腔管和插植针模型；放疗医师或放疗物理师调整宫腔管施源器模型使其重合定位时宫腔管施源器位置，调整插植针模型使其在靶区内分布均匀且不侵入到危及器官内部；使用编写好的python生成器生成参考处方剂量线，python生成器以规定间隔抓取宫腔管施源器及插植针中心点位置为空驻留点位，在靶区内部的驻留点位为激活状态，以激活驻留点为中心生成剂量球，剂量球外扩边界至危及器官最近点，融合叠加剂量球为参考剂
量线，剂量线设置为实时渲染，可根据插植针位置变化实时生成；放疗医师或放疗物理师根据参考剂量线调整插植针位置至满意，使参考剂量线尽可能多地包绕靶区；执行阴道填塞纱布模型与施源器插植针的布尔逻辑运算，使阴道填塞纱布模型减去施源器和插植针模型，得到固定了施源器宫腔管及插植针方向孔洞的施源模体文件，在c４d中测量每个孔洞中插植针的进针深度，实施近距离插植治疗时，依据进针深度参考插植针上标记的刻度进针，若进针深度不是整数，可向下取整，拍摄定位ct时再行mpr，调整进针深度至实际满意；将施源模体文件导出为.stl文件，传输至3d打印机打印。


技术特征：
1.一种使用了python编程语言的3d打印联合近距离放疗建模方法，方法步骤为：编写python自动化脚本及python生成器、在mimics中勾画靶区危及器官及阴道填塞纱布并生成ｓｔｌ文件、文件导入至c４d、运行python脚本根据需要自动生成施源器及插植针模型、调整施源器使其重合定位时位置、调整插植针使其在靶区内均匀排布、运行python生成器生成参考处方剂量线、剂量线根据插植针位置实时渲染、调整至满意后生成施源模体文件传输至3d打印机，其特征是：一种使用了python编程语言的3d打印联合近距离放疗建模方法。2.根据权利要求1所述的python自动化脚本，其特征是：可弹出“创建”对话框，对话框中可输入施源器及插植针参数，运行脚本后根据输入参数自动生成施源器及插植针模型。3.根据权利要求1所述的python生成器，其特征是：以规定间隔抓取宫腔管施源器及插植针中心点位置为空驻留点位，在靶区内的驻留点为激活驻留点，以危及器官为约束边界生成参考处方剂量线，并根据插植针位置实时渲染剂量线。4.根据权利要求1所述的ｓｔｌ文件，其特征是：以ascii标准编码，可包含位置信息，用于导入c４d建模软件中重建模型。5.根据权利要求1所述的施源模体文件，其特征是：可传输至3d打印机打印出实体施源模体，用于进行后装近距离插植放疗。

技术总结
一种应用Python编程语言的3D打印联合近距离放疗建模方法，利用Python自动化脚本和Python生成器，可流程化、自动化地快捷建模，并实时渲染生成参考处方剂量线，方便放疗医师或物理师直接使用，可有效缩短建模时间。可有效缩短建模时间。可有效缩短建模时间。


技术研发人员：李文泰
受保护的技术使用者：李文泰
技术研发日：2022.04.19
技术公布日：2022/7/1