CN107126619A - 一种基于3d打印个性化的颅脑粒子植入导向*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于3D打印个性化的颅脑粒子植入导向***，包括头部固定真空垫、粒子植入计划软件、个性化颅骨打孔模板、个性化粒子植入穿刺模板、模板制作和打印软件、3D打印机。本发明颅骨打孔模板与粒子植入穿刺模板配套使用，使每根粒子植入针体交叉点在颅骨打孔处，穿刺针顺利通过颅骨，模板的粒子植入针柱可以精确引导穿刺针的穿刺方向，避开血管和重要中枢神经，精准穿刺到病灶，减小手术难度，缩短手术时间，降低手术风险。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，特别提供了一种基于3D打印个性化的颅脑粒子植入导向***。
背景技术
随着肿瘤发病率的不断增长，医疗技术的不断提高，肿瘤治疗的方法越来越多，由于放射性粒子植入损伤小，副作用低，疗效显著，所以在临床中得到了广泛应用。传统的徒手穿刺技术要求高，要依赖医生的专业素质和操作经验，手术精确度低，无法实现预计效果。随着医学的发展，出现了粒子植入用导板，用于非颅脑部位，该方法虽明显提高了手术的精确度，但颅脑恶性肿瘤部位特殊，属于人体中枢神经***，神经、血管丰富，并且有颅骨的遮挡，不同于其他部位，一直是粒子植入的难点，目前各种植入模板无法完成颅脑粒子植入。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于3D打印个性化的颅脑粒子植入导向***。通过个性化颅骨打孔模板和与之配套的个性化粒子植入穿刺模板的引导可有效的避开颅脑血管和重要神经中枢。有效的控制手术风险，极大的降低了手术难度，对此项技术的推广起到了重要作用，给颅脑恶性肿瘤患者带来了福音。
本发明采用的技术方案为：一种基于3D打印个性化的颅脑粒子植入导向***，包括头部固定真空垫、粒子植入计划软件、个性化颅骨打孔模板、与打孔模板配套的个性化粒子植入穿刺模板、模板制作和打印软件、3D打印机。
进一步地，病人术前扫描颅脑增强CT，手术***躺于扫描床上，应用头颅固定真空垫固定头部并在体表手术区域贴定位标记铅点，并在铅点对应的皮肤出用记号笔标记。
进一步地，将扫描的增强CT图像导入到粒子植入计划软件，根据肿瘤位置、大小、病理类型避开血管、重要神经中枢选择最佳穿刺路径，为了减少颅骨打孔次数，降低风险，每根植入针均相交于颅骨，根据处方剂量设置粒子数和粒子在肿瘤内的分布。
进一步地，将扫描的CT图像导入医学建模软件，根据颅脑表面皮肤外扩3-5mm重建出个性化模板基板，将粒子植入计划软件中模拟的每根穿刺针空间坐标输入到3D建模软件中，根据术中所使用的穿刺针类型在基板上设计出合适高度、外径的粒子植入针柱，可覆盖所有穿刺针路径，并根据穿刺针的走行和内径在针柱中设计出合适的穿刺针孔。根据扫描CT时放置的铅点位置对应的模板基板处做出定位标记孔。并绕开穿刺柱和定位孔的位置，还设置有若干轻量化通孔，生成与打孔模板配套的个性化粒子植入穿刺模板。
进一步地，根据穿刺针在颅骨的交叉点对应的模板基板处设计出颅骨打孔引导柱，引导柱内径根据术中所使用的骨钻外径设置，根据扫描CT时放置的铅点位置对应的模板基板处做出定位标记孔。并绕开穿刺柱和定位孔设置的位置，还设置有若干轻量化通孔，生成个性化颅骨打孔模板。
该穿刺模板可通过3D打印机打印，目前熔融沉积制造(FDM)技术已比较成熟，用于打印该模板，成本较低，但表面粗糙，更优先于光固化成型法(StereoLithography,SL或SLA)可以精确快速打印出模板，与FDM技术相比针道尺寸更准确，但成本较高。
个性化粒子植入穿刺模板和与之配套使用的个性化颅骨打孔模板的具体制备方法为：
(1)术前行增强CT扫描，将图像导入到粒子植入计划软件，根据肿瘤位置和处方剂量等设计出穿刺针道。
(2)三维设计建模：将CT图像输入到3D建模软件中，生成个性化模板；将粒子植入计划软件设计的针道参数输入到建模软件中生成粒子植入针柱和骨钻引导柱。通过多次布尔运算生成个性化颅骨打孔模板、与打孔模板配套的个性化粒子植入穿刺模板的数字模型。
(3)将设计好的模型导出为STL文件，应用3D打印机默认的切片软件将STL文件转换为打印机可以识别的数据，应用3D打印机打印出个性化颅骨打孔模板和个性化粒子植入穿刺模板。
(4)打印好的模板采用低温等粒子消毒，备用。
本发明旨在提供基于3D打印个性化的颅脑粒子植入导向***，可以提前制定手术方案，精确计算肿瘤所受剂量，术前模拟手术，避开血管和颅脑神经的功能部位，设计出穿刺针道；术中模板可以精确引导穿刺针的穿刺方向，既能降低手术风险，减小手术难度又可以按照术前计划精准植入粒子，保证疗效。达到精准***的目的。
附图说明
图1个性化粒子植入穿刺模板使用示意图；
图2个性化颅骨打孔模板使用示意图；
图3个性化颅骨打孔模板使用剖视图；
图4个性化粒子植入穿刺模板使用剖视图；
图1-4中：1-个性化模板基底；2-定位孔；3-轻量化通孔；4-粒子植入针柱；5-粒子植入针； 6-骨钻引导柱；7-骨钻；101-头皮脂肪层；102-颅骨；103-颅内肿瘤。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明做进一步详细说明。
本发明所述基于3D打印个性化的颅脑粒子植入导向***，包括头部固定真空垫、粒子植入计划软件、个性化颅骨打孔模板、与打孔模板配套的个性化粒子植入穿刺模板、模板制作和打印软件、3D打印机。
按照如下步骤制备个性化粒子植入穿刺模板和与之配套使用的个性化颅骨打孔模板的：
(1)术前行增强CT扫描，将图像导入到粒子植入计划软件，根据肿瘤位置和处方剂量等设计出穿刺针道。
(2)三维设计建模：将CT图像输入到3D建模软件中，生成个性化模板，厚度为3-5mm；将粒子植入计划软件设计的针道参数输入到建模软件中生成粒子植入针柱和骨钻引导柱，针柱内针孔直径为1.3mm。通过多次布尔运算生成个性化颅骨打孔模板和个性化粒子植入穿刺模板的数字模型。
(3)将设计好的模型导出为STL文件，应用3D打印机默认的切片软件将STL文件转换为打印机可以识别的数据，使用SD内存卡拷贝到3D打印机打印出个性化颅骨打孔模板和粒子植入穿刺模板。
(4)打印好的模板采用低温等粒子消毒，备用。
得到如图1-4所示的一种粒子植入穿刺模板和与之配套使用的个性化精确颅骨打孔模板，包括个性化模板基底1、定位孔2、轻量化通孔3、粒子植入针柱4、骨钻引导柱6等。粒子植入针柱4的针孔内径为1.3mm，用于粒子植入针***，骨钻引导柱6内径根据术中使用骨钻直径设置。如图粒子植入针5、骨钻7、头皮脂肪层101、颅骨102、颅内肿瘤103。
具体步骤和使用方法为：病人术前计划***于CT扫描床上，真空垫固定，进行增强CT 扫描，将CT图像导入到粒子植入计划***，判断病灶与周围血管、重要神经中枢等危险器官的位置关系，根据肿瘤大小和病理类型给出肿瘤靶区的受照射剂量并设计、计算穿刺针道。将 CT图像导入3D建模软件并输入术前计划针道坐标信息，重建出个性化植入穿刺模板和与之配套使用的个性化颅骨打孔模板。导出STL文件到打印机默认的切片软件中转换为打印机可以识别的数据，输入到3D打印机打印出模板。低温等离子消毒，手术中将个性化精确颅骨打孔模板的定位孔对准头皮对应的标记点，准确复位模板，在骨钻引导柱对应的头皮处局部麻醉头皮并切开，骨钻7***骨钻引导柱6中精确颅骨打孔，打孔后麻醉硬脑膜，更换粒子植入穿刺模板，定位孔对准头皮标记点准确复位模板，将粒子植入针5***到粒子植入针柱4，经过头皮脂肪层101，颅骨102，按照术前计划***到颅内肿瘤103中，到达位置后植入粒子，取出粒子植入针，更换植入针***到另一个设计针道，重复上述操作直到全部植入。术后扫描CT，将图像导入到粒子植入计划***，验证肿瘤靶区剂量。
以上实施案例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制。其他参照前述实施案例对本发明进行结构或技术原理的修改，或者对于部分内容进行修改替换或组装，并不使相应技术方案的本质脱离本发明涉及的技术方案的精神和范围。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (7)
1.一种基于3D打印个性化的颅脑粒子植入导向***，其特征在于：包括头部固定真空垫、粒子植入计划软件、个性化颅骨打孔模板、与打孔模板配套的个性化粒子植入穿刺模板、模板制作和打印软件、3D打印机。
2.根据权利要求1所述基于3D打印个性化的颅脑粒子植入导向***，其特征在于：头部固定真空垫用于固定***，使术前、术中***一致。
3.根据权利要求1所述基于3D打印个性化的颅脑粒子植入导向***，其特征在于：术前扫描CT导入到粒子植入计划软件，根据肿瘤大小和病理类型设计、计算出肿瘤的处方剂量和计划针道。
4.根据权利要求1-3所述基于3D打印个性化的颅脑粒子植入导向***，其特征在于：个性化颅骨打孔模板根据人体表皮外扩3-5mm建模成型，设置骨钻引导柱(6)，其空间坐标与计划针道颅骨交叉点坐标一致。设置与皮肤标记点对应的定位孔(2)，并避开针道和定位孔设计若干轻量化通孔。
5.根据权利要求1-3所述基于3D打印个性化的颅脑粒子植入导向***，其特征在于：个性化粒子植入穿刺模板与个性化颅骨打孔模板配套使用，根据人体表皮外扩3-5mm建模成型，设置粒子植入针柱(4)，其空间坐标与计划针道坐标一致，所有针道的交叉点均在颅骨打孔处。设置与皮肤标记点对应的定位孔(2)，并避开针道和定位孔设计若干轻量化通孔。
6.根据权利要求1-5所述基于3D打印个性化的颅脑粒子植入导向***，其特征在于：模板采用3D打印机打印成型，采用低温等离子消毒。
7.根据权利要求1-6所述的粒子植入穿刺模板和与之配套使用的个性化精确颅骨打孔模板的具体制备方法，具体步骤为：
(1)术前真空垫固定行增强CT扫描，将图像导入到粒子植入计划软件，根据肿瘤位置和处方剂量等设计出穿刺针道。
(2)三维设计建模：将CT图像输入到3D建模软件中，生成个性化模板；将粒子植入计划软件设计的针道参数输入到建模软件中生成粒子植入针柱和骨钻引导柱。通过多次布尔运算生成个性化精确颅骨打孔模板、与打孔模板配套的粒子植入穿刺模板的数字模型。
(3)将设计好的模型导出为STL文件，应用3D打印机默认的切片软件将STL文件转换为打印机可以识别的数据，应用3D打印机打印出个性化精确颅骨打孔模板和粒子植入穿刺模板。
(4)打印好的模板采用低温等粒子消毒，备用。
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