技术领域
本发明涉及医疗技术领域，尤其涉及一种基于三维扫描的放疗体位固定装置制作方法及系统。
背景技术
放射治疗是利用放射线治疗疾病的一种局部治疗方法。放疗过程中，通过最大限度的照射靶区，同时减少周围正常组织和器官的照射，增加肿瘤的局部控制概率并减低周围正常组织的并发症概率。
为保证射线的精确照射，治疗中需要将患者固定于直线加速器的治疗床上，并保持与定位扫描时相同的体位目前对患者体位固定的方法主要有真空垫固定法和热塑成型模具固定法。然而目前这两种方法都比较耗时耗力：真空垫固定法需要技术员根据患者的颈部曲度、身体胖瘦等情况多次手动调整不同位置的充盈程度，固定的准确性依赖操作者的经验，同时该过程中需要真空泵对真空袋抽气；热塑成型模具在制作前需要在70℃恒温水箱中浸泡软化，然后紧贴患者颅部或胸腹部，经过一段时间的冷却后成型，该方法需要患者体表承受短时间的高温，然后等待模具的成型。另外该热塑成型材料使用完毕后需消毒后销毁，无法重复利用。以上两种制作方法均需要操作者根据激光灯在真空垫或者热塑成型模具的表面的投影位置手工勾画三维方向的定位线。整个制作过程时间久，并且效率较低。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种快速高效，方便准确的一种基于三维扫描的放疗体位固定装置制作方法及系统。
本发明所采取的技术方案是：
一种基于三维扫描的放疗体位固定装置制作方法，包括以下步骤：
对患者进行三维激光扫描从而采集数据，获取患者治疗体位下的体表三维点云数据，并建立患者体表三维可视化模型；
根据患者的体表三维可视化模型在计算机中设计对应的体位固定装置，并根据定位需要生成固定装置的数字化模型；
根据数字化模型，通过3D打印机打印出患者的体位固定装置。
作为所述的一种基于三维扫描的放疗体位固定装置制作方法的进一步改进，所述的对患者进行三维激光扫描从而采集数据，获取患者治疗体位下的体表三维点云数据，并建立患者体表三维可视化模型，这一步骤具体包括：
对患者实体和反射参照点进行三维激光扫描，得到患者的体表三维点云数据和扫描图像；
对体表三维点云数据和扫描图像进行预处理；
选取特定的反射参照目标作为控制点，利用高对比度特性实现扫描图像的定位以及扫描图像和扫描影像之间的匹配；
扫描的同时获得每幅扫描图像中控制点的坐标和方位，再进行坐标转换，计算获得三维点云数据在转换后的绝对坐标系中的坐标；
根据三维点云数据，通过计算机对实体建立三维可视化模型，其中利用三维点云数据获得患者体表模型的数据，利用影像数据获得边缘和角落的信息，最后通过获取的点云强度信息和相机获取的影像信息对患者体表进行纹理细节的修改。
作为所述的一种基于三维扫描的放疗体位固定装置制作方法的进一步改进，所述的对体表三维点云数据和扫描图像进行预处理，这一步骤具体包括：
对体表三维点云数据通过过滤算法剔除原始数据中的错误点；
对扫描图像进行几何纠正和平滑处理。
作为所述的一种基于三维扫描的放疗体位固定装置制作方法的进一步改进，所述的根据患者的体表三维可视化模型在计算机中设计对应的体位固定装置，并根据定位需要生成固定装置的数字化模型，这一步骤具体包括：
根据患者的治疗体位及所需固定人体长轴方向的长度，对患者体表轮廓的体表三维可视化模型进行重建及平滑处理；
根据患者的治疗部位及肿瘤的位置，在体表三维可视化模型表面加入三维定位线的位置信息，得到固定装置的数字化模型；
根据固定装置的数字化模型，在计算机中生成体位固定装置的STL文件。
作为所述的一种基于三维扫描的放疗体位固定装置制作方法的进一步改进，所述的根据数字化模型，通过3D打印机打印出患者的体位固定装置，这一步骤具体为：
根据数字化模型，通过3D 打印机以熔融沉积造型为叠加工艺，打印出所述表面刻有三维定位线的体位固定装置。
本发明所采用的另一技术方案是：
一种基于三维扫描的放疗体位固定装置制作系统，包括：
可视化模型建立单元，用于对患者进行三维激光扫描从而采集数据，获取患者治疗体位下的体表三维点云数据，并建立患者体表三维可视化模型；
数字化模型生成单元，用于根据患者的体表三维可视化模型在计算机中设计对应的体位固定装置，并根据定位需要生成固定装置的数字化模型；
打印单元，用于根据数字化模型，通过3D打印机打印出患者的体位固定装置。
作为所述的一种基于三维扫描的放疗体位固定装置制作系统的进一步改进，所述的可视化模型建立单元具体包括：
扫描单元，用于对患者实体和反射参照点进行三维激光扫描，得到患者的体表三维点云数据和扫描图像；
预处理单元，用于对体表三维点云数据和扫描图像进行预处理；
定位单元，用于选取特定的反射参照目标作为控制点，利用高对比度特性实现扫描图像的定位以及扫描图像和扫描影像之间的匹配；
坐标计算单元，用于扫描的同时获得每幅扫描图像中控制点的坐标和方位，再进行坐标转换，计算获得三维点云数据在转换后的绝对坐标系中的坐标；
模型建立单元，用于根据三维点云数据，通过计算机对实体建立三维可视化模型，其中利用三维点云数据获得患者体表模型的数据，利用影像数据获得边缘和角落的信息，最后通过获取的点云强度信息和相机获取的影像信息对患者体表进行纹理细节的修改。
作为所述的一种基于三维扫描的放疗体位固定装置制作系统的进一步改进，所述的预处理单元具体包括：
数据预处理单元，用于对体表三维点云数据通过过滤算法剔除原始数据中的错误点；
图像预处理单元，用于对扫描图像进行几何纠正和平滑处理。
作为所述的一种基于三维扫描的放疗体位固定装置制作系统的进一步改进，所述的数字化模型生成单元具体包括：
模型重建单元，用于根据患者的治疗体位及所需固定人体长轴方向的长度，对患者体表轮廓的体表三维可视化模型进行重建及平滑处理；
数字化模型获取单元，用于根据患者的治疗部位及肿瘤的位置，在体表三维可视化模型表面加入三维定位线的位置信息，得到固定装置的数字化模型；
文件生成单元，用于根据固定装置的数字化模型，在计算机中生成体位固定装置的STL文件。
作为所述的一种基于三维扫描的放疗体位固定装置制作系统的进一步改进，所述的打印单元具体为：
根据数字化模型，通过3D 打印机以熔融沉积造型为叠加工艺，打印出所述表面刻有三维定位线的体位固定装置。
本发明的有益效果是：
本发明一种基于三维扫描的放疗体位固定装置制作方法及系统通过三维激光扫描建立体表三维可视化模型，并根据定位需要生成固定装置的数字化模型，进而通过3D打印机打印得到体位固定装置，这个过程快速高效，且三维扫描能适应不同患者的体表情况，使得得到的体位固定装置更加准确适合患者。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
图1是本发明一种基于三维扫描的放疗体位固定装置制作方法的步骤流程图；
图2是本发明一种基于三维扫描的放疗体位固定装置制作方法中可视化模型建立的步骤流程图；
图3是本发明一种基于三维扫描的放疗体位固定装置制作方法中数字化模型生成的步骤流程图；
图4是本发明一种基于三维扫描的放疗体位固定装置制作系统的模块方框图。
具体实施方式
参考图1，本发明一种基于三维扫描的放疗体位固定装置制作方法，包括以下步骤：
对患者进行三维激光扫描从而采集数据，获取患者治疗体位下的体表三维点云数据，并建立患者体表三维可视化模型；
根据患者的体表三维可视化模型在计算机中设计对应的体位固定装置，并根据定位需要生成固定装置的数字化模型；
根据数字化模型，通过3D打印机打印出患者的体位固定装置。
参考图2，进一步作为优选的实施方式，所述的对患者进行三维激光扫描从而采集数据，获取患者治疗体位下的体表三维点云数据，并建立患者体表三维可视化模型，这一步骤具体包括：
对患者实体和反射参照点进行三维激光扫描，得到患者的体表三维点云数据和扫描图像；
对体表三维点云数据和扫描图像进行预处理；
选取特定的反射参照目标作为控制点，利用高对比度特性实现扫描图像的定位以及扫描图像和扫描影像之间的匹配；
扫描的同时获得每幅扫描图像中控制点的坐标和方位，再进行坐标转换，计算获得三维点云数据在转换后的绝对坐标系中的坐标；
根据三维点云数据，通过计算机对实体建立三维可视化模型，其中利用三维点云数据获得患者体表模型的数据，利用影像数据获得边缘和角落的信息，最后通过获取的点云强度信息和相机获取的影像信息对患者体表进行纹理细节的修改。
进一步作为优选的实施方式，所述的对体表三维点云数据和扫描图像进行预处理，这一步骤具体包括：
对体表三维点云数据通过过滤算法剔除原始数据中的错误点；
对扫描图像进行几何纠正和平滑处理。
参考图3，优选的实施方式，所述的根据患者的体表三维可视化模型在计算机中设计对应的体位固定装置，并根据定位需要生成固定装置的数字化模型，这一步骤具体包括：
根据患者的治疗体位及所需固定人体长轴方向的长度，对患者体表轮廓的体表三维可视化模型进行重建及平滑处理；
根据患者的治疗部位及肿瘤的位置，在体表三维可视化模型表面加入三维定位线的位置信息，得到固定装置的数字化模型；
根据固定装置的数字化模型，在计算机中生成体位固定装置的STL文件。
进一步作为优选的实施方式，所述的根据数字化模型，通过3D打印机打印出患者的体位固定装置，这一步骤具体为：
根据数字化模型，通过3D 打印机以熔融沉积造型为叠加工艺，打印出所述表面刻有三维定位线的体位固定装置。
参考图4，本发明基于三维扫描的放疗体位固定装置制作系统，包括：
可视化模型建立单元，用于对患者进行三维激光扫描从而采集数据，获取患者治疗体位下的体表三维点云数据，并建立患者体表三维可视化模型；
数字化模型生成单元，用于根据患者的体表三维可视化模型在计算机中设计对应的体位固定装置，并根据定位需要生成固定装置的数字化模型；
打印单元，用于根据数字化模型，通过3D打印机打印出患者的体位固定装置。
进一步作为优选的实施方式，所述的可视化模型建立单元具体包括：
扫描单元，用于对患者实体和反射参照点进行三维激光扫描，得到患者的体表三维点云数据和扫描图像；
预处理单元，用于对体表三维点云数据和扫描图像进行预处理；
定位单元，用于选取特定的反射参照目标作为控制点，利用高对比度特性实现扫描图像的定位以及扫描图像和扫描影像之间的匹配；
坐标计算单元，用于扫描的同时获得每幅扫描图像中控制点的坐标和方位，再进行坐标转换，计算获得三维点云数据在转换后的绝对坐标系中的坐标；
模型建立单元，用于根据三维点云数据，通过计算机对实体建立三维可视化模型，其中利用三维点云数据获得患者体表模型的数据，利用影像数据获得边缘和角落的信息，最后通过获取的点云强度信息和相机获取的影像信息对患者体表进行纹理细节的修改。
进一步作为优选的实施方式，所述的预处理单元具体包括：
数据预处理单元，用于对体表三维点云数据通过过滤算法剔除原始数据中的错误点；
图像预处理单元，用于对扫描图像进行几何纠正和平滑处理。
进一步作为优选的实施方式，所述的数字化模型生成单元具体包括：
模型重建单元，用于根据患者的治疗体位及所需固定人体长轴方向的长度，对患者体表轮廓的体表三维可视化模型进行重建及平滑处理；
数字化模型获取单元，用于根据患者的治疗部位及肿瘤的位置，在体表三维可视化模型表面加入三维定位线的位置信息，得到固定装置的数字化模型；
文件生成单元，用于根据固定装置的数字化模型，在计算机中生成体位固定装置的STL文件。
进一步作为优选的实施方式，所述的打印单元具体为：
根据数字化模型，通过3D 打印机以熔融沉积造型为叠加工艺，打印出所述表面刻有三维定位线的体位固定装置。
本发明的具体实施例如下：
S01、根据不同放射治疗的需要令患者保持治疗体位；
S02、利用软件平台控制高精度非接触式激光三维人体扫描仪对患者实体和反射参照点进行三维激光扫描，尽可能多的获取患者体表几何位置信息，得到患者的体表三维点云数据和扫描图像；这些原始数据一并存储在特定的工程文件中；
S03、数据获取完毕后对获取的数据进行预处理，对体表三维点云数据通过过滤算法剔除原始数据中的错误点；对扫描图像进行几何纠正和平滑处理；
S04、选取特定的反射参照目标作为控制点，利用高对比度特性实现扫描图像的定位以及扫描图像和扫描影像之间的匹配；扫描的同时获得每幅扫描图像中控制点的坐标和方位，再进行坐标转换，计算获得三维点云数据在转换后的绝对坐标系中的坐标；
S05、根据三维点云数据，通过计算机对实体建立三维可视化模型，其中利用三维点云数据获得患者体表模型的数据，利用影像数据获得边缘和角落的信息，最后通过获取的点云强度信息和相机获取的影像信息对患者体表进行纹理细节的修改；
S06、根据患者的治疗体位及所需固定人体长轴方向的长度，对患者体表轮廓的体表三维可视化模型进行重建及平滑处理；
S07、根据患者的治疗部位及肿瘤的位置，在体表三维可视化模型表面加入三维定位线的位置信息，得到固定装置的数字化模型；
S08、根据固定装置的数字化模型，在计算机中生成体位固定装置的STL文件；
S09、将固定装置的STL文件发送给3D 打印机。
S10、 3D打印机根据接收的STL 文件，根据数字化模型，通过3D 打印机以熔融沉积造型为叠加工艺，打印出所述表面刻有三维定位线的体位固定装置。打印材料为无害并且可以降解的PLA材料。
从上述内容可知，本发明一种基于三维扫描的放疗体位固定装置制作方法及系统通过三维激光扫描建立体表三维可视化模型，并根据定位需要生成固定装置的数字化模型，进而通过3D打印机打印得到体位固定装置，这个过程快速高效，且三维扫描能适应不同患者的体表情况，使得得到的体位固定装置更加准确适合患者。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。