基于3D打印的胸部个体化剂量验证体模设计
发布时间：2022-01-16 04:40
目的:为更精确地对治疗计划进行验证,利用3D打印设计出反映患者真实情况的个体化体模。方法:依据病人定位时的CT图像重建并进行3D打印得到患者的三维立体结构空壳,然后以CT值为依据选择各组织的辐射等效材料完成填充,即得到体现病人特征的个体化剂量验证体模。结果:将合成的等效材料行CT扫描,骨组织、肺组织、软组织、肿瘤CT值分别为1 100、-747.6、-22、-471 HU,误差均小于22%。结论:最终设计的胸部体模能够较准确地体现个体之间的差异,等效材料辐射等效性较好,可用于实际剂量验证。
【文章来源】：中国医学物理学杂志. 2020,37(06)CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
体模设计流程图
上述得到的模型依然为实心模型，由于目前3D打印的原材料还不够丰富，不能直接使用与各组织CT值相似的材料打印得到模型，因此需对模型做进一步处理将其做成一个空壳结构来填充组织等效材料。将Mimics导出的STL文件导入Geomagic studio软件，做进一步的优化，经过流形、去除特征、平滑、填充孔、截面等操作，使模型表面更顺滑。然后对上述实心模型进行抽壳、加厚操作，最终得到有一定厚度的空壳结构，本研究最终打印的壳层厚度为1.2 mm。依据3D打印技术的原理，需要将模型裁剪为上下两部分，同时为了保证各个器官之间的相对位置不变，也为了组装方便，打印之前将裁剪后的各部分进行布尔操作，将下半部分肺、肌肉，及肿瘤、电离室孔道作为一个整体。同时利用Mimics软件MedCAD模块制作填充组织等效材料的孔，完成上述所有操作的模型即为最终需要打印的模型。1.2.3 打印3D模型
治疗计划剂量验证时，无法直接测量人体内剂量分布，通常用组织等效性体模替代，测量体模内剂量分布，这就要求体模和测量系统具有良好的组织等效性[14]。仿真辐照体模除要求具有和人体相似的外部形态和内部结构外，更重要的是在一定能量下与人体相同的辐射特性，因此组织辐射等效材料具备的选择是设计仿真辐照体模的关键技术之一。在现代医疗诊断和治疗中，CT技术已经得到了普遍应用，CT值可以很好地反映射线（X或γ射线）对人体组织和器官的辐射综合效应。本文采用CT值作为依据来寻找组织等效材料[15-17]。实际应用中，均以水的线性衰减系数作为基准，故CT值可表述为被测人体组织的线性衰减系数与水的线性衰减系数的相对差值。组织辐射等效材料的CT值与其线性衰减系数有必然的联系，当组织辐射等效材料CT值与人体组织CT值相同时，其线性衰减系数必然与人体组织线性衰减系数相同，说明CT值可以直接反映线性衰减系数的变化。实验中选择了几种常见的材料在GE light speed 16排CT机进行扫描，扫描条件为120 kV、180 mA，并利用其自身软件测量了每种材料CT值均值，测量结果如表1所示。图4 打印出来的最后模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用3D打印颅脑辐射等效体模进行个性化适形放疗的剂量验证[J]. 张琛,王志鹏,张昊兆,何正中,袁子龙,杨如飞,路伟钊,石丽婷,侯坤,邱建峰. 中华放射医学与防护杂志. 2017 (06)
[2]三维重建及3D打印技术在腹膜后肿瘤术前评估中应用研究[J]. 苏昭杰,李文岗,陈福真,李凤鸣,肖林峰,黄军利,王博亮. 中国实用外科杂志. 2017(01)
[3]生物医用材料的3D打印技术与发展[J]. 罗文峰,杨雪香,敖宁建. 材料导报. 2016(13)
[4]3D打印技术在医学领域中的应用研究进展[J]. 刘凤珍,刘明信,王运华,李克义,张彬. 中国材料进展. 2016(05)
[5]Mimics软件在医学图像三维重建中的应用[J]. 王娇,刘洋,张晓玲,王衍,穆建玲,赵燕. 医疗卫生装备. 2015(02)
[6]肿瘤精确放疗技术进展[J]. 颜桂明,陈国付,张飞燕. 医学理论与实践. 2015(02)
[7]3D打印技术及其发展趋势[J]. 王月圆,杨萍. 印刷杂志. 2013(04)
[8]基于CT值的组织辐射等效材料设计方法[J]. 刘刚,樊庆文,林大全,王远萍. 中外医学研究. 2013(03)
[9]组织辐射等效材料等效性验证方法的探讨[J]. 张加易,袁中凡,林大全,杨家鉴. 中国测试技术. 2006(02)
博士论文
[1]胸部三维数字化建模的基础与临床初步应用研究[D]. 张书新.中国人民解放军医学院 2016
硕士论文
[1]组织等效性辐射发光闪烁体材料的研制[D]. 王君辉.苏州大学 2018
[2]不同剂量验证设备在VMAT计划验证中的应用[D]. 刘晓莉.清华大学 2014
[3]成都剂量体模（CDP）组织辐射等效材料的辐射特性研究[D]. 蒋伟.四川大学 2007
本文编号：3591955
【文章来源】：中国医学物理学杂志. 2020,37(06)CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
体模设计流程图
上述得到的模型依然为实心模型，由于目前3D打印的原材料还不够丰富，不能直接使用与各组织CT值相似的材料打印得到模型，因此需对模型做进一步处理将其做成一个空壳结构来填充组织等效材料。将Mimics导出的STL文件导入Geomagic studio软件，做进一步的优化，经过流形、去除特征、平滑、填充孔、截面等操作，使模型表面更顺滑。然后对上述实心模型进行抽壳、加厚操作，最终得到有一定厚度的空壳结构，本研究最终打印的壳层厚度为1.2 mm。依据3D打印技术的原理，需要将模型裁剪为上下两部分，同时为了保证各个器官之间的相对位置不变，也为了组装方便，打印之前将裁剪后的各部分进行布尔操作，将下半部分肺、肌肉，及肿瘤、电离室孔道作为一个整体。同时利用Mimics软件MedCAD模块制作填充组织等效材料的孔，完成上述所有操作的模型即为最终需要打印的模型。1.2.3 打印3D模型
治疗计划剂量验证时，无法直接测量人体内剂量分布，通常用组织等效性体模替代，测量体模内剂量分布，这就要求体模和测量系统具有良好的组织等效性[14]。仿真辐照体模除要求具有和人体相似的外部形态和内部结构外，更重要的是在一定能量下与人体相同的辐射特性，因此组织辐射等效材料具备的选择是设计仿真辐照体模的关键技术之一。在现代医疗诊断和治疗中，CT技术已经得到了普遍应用，CT值可以很好地反映射线（X或γ射线）对人体组织和器官的辐射综合效应。本文采用CT值作为依据来寻找组织等效材料[15-17]。实际应用中，均以水的线性衰减系数作为基准，故CT值可表述为被测人体组织的线性衰减系数与水的线性衰减系数的相对差值。组织辐射等效材料的CT值与其线性衰减系数有必然的联系，当组织辐射等效材料CT值与人体组织CT值相同时，其线性衰减系数必然与人体组织线性衰减系数相同，说明CT值可以直接反映线性衰减系数的变化。实验中选择了几种常见的材料在GE light speed 16排CT机进行扫描，扫描条件为120 kV、180 mA，并利用其自身软件测量了每种材料CT值均值，测量结果如表1所示。图4 打印出来的最后模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用3D打印颅脑辐射等效体模进行个性化适形放疗的剂量验证[J]. 张琛,王志鹏,张昊兆,何正中,袁子龙,杨如飞,路伟钊,石丽婷,侯坤,邱建峰. 中华放射医学与防护杂志. 2017 (06)
[2]三维重建及3D打印技术在腹膜后肿瘤术前评估中应用研究[J]. 苏昭杰,李文岗,陈福真,李凤鸣,肖林峰,黄军利,王博亮. 中国实用外科杂志. 2017(01)
[3]生物医用材料的3D打印技术与发展[J]. 罗文峰,杨雪香,敖宁建. 材料导报. 2016(13)
[4]3D打印技术在医学领域中的应用研究进展[J]. 刘凤珍,刘明信,王运华,李克义,张彬. 中国材料进展. 2016(05)
[5]Mimics软件在医学图像三维重建中的应用[J]. 王娇,刘洋,张晓玲,王衍,穆建玲,赵燕. 医疗卫生装备. 2015(02)
[6]肿瘤精确放疗技术进展[J]. 颜桂明,陈国付,张飞燕. 医学理论与实践. 2015(02)
[7]3D打印技术及其发展趋势[J]. 王月圆,杨萍. 印刷杂志. 2013(04)
[8]基于CT值的组织辐射等效材料设计方法[J]. 刘刚,樊庆文,林大全,王远萍. 中外医学研究. 2013(03)
[9]组织辐射等效材料等效性验证方法的探讨[J]. 张加易,袁中凡,林大全,杨家鉴. 中国测试技术. 2006(02)
博士论文
[1]胸部三维数字化建模的基础与临床初步应用研究[D]. 张书新.中国人民解放军医学院 2016
硕士论文
[1]组织等效性辐射发光闪烁体材料的研制[D]. 王君辉.苏州大学 2018
[2]不同剂量验证设备在VMAT计划验证中的应用[D]. 刘晓莉.清华大学 2014
[3]成都剂量体模（CDP）组织辐射等效材料的辐射特性研究[D]. 蒋伟.四川大学 2007
本文编号：3591955
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