CN109173090A - 激光照射引导控制肿瘤放射性粒子植入深度的提示系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于粒子植入辅助设备技术领域，公开了一种激光照射引导控制肿瘤放射性粒子植入深度的提示系统，包括激光定位测距装置和粒子介入客户端，激光定位测距装置包括轨道设备、激光发射器以及设置在激光发射器上的激光传感器及计时处理器；粒子介入客户端包括中央处理器以及与中央处理器相连的语音提示系统、动画模拟器、3D模拟显示模块。本发明通过激光传感器进行距离测量，相比于观察刻度线的方式，对粒子针植入深度的测量准确度更高，同时在3D模拟显示模块上显示粒子针以及放射性粒子的穿刺植入状态，并且降低了医生的操作难度，提高粒子植入的成功率，减少了反复穿刺的情况。
Description
技术领域
本发明属于粒子植入辅助设备技术领域，尤其涉及粒子植入深度提示领域，具体涉及激光照射引导控制肿瘤放射性粒子植入深度的提示系统。
背景技术
放射性粒子植入治疗技术是根据超声、CT、MRI等影像检查结果，首先利用放射性粒子治疗计划系统(Treatment Planning System，TPS)准确设计放射性粒子植入的位置、数量、植入途径，制定出治疗方案；然后在CT、B超、内窥镜引导或手术直视下经皮穿刺，通过粒子植入枪将放射性粒子按计划植入实体恶性肿瘤间；最后通过放射粒子发出的持续低能量的X射线或γ射线，使肿瘤组织受到最大程度杀伤，从而达到治疗目的。由于采用TPS计划系统，可使肿瘤在得到最大照射剂量的同时，减少正常组织的照射量，从而很大程度地改善患者的治疗效果及治疗后的生活质量。此外，持续低剂量的适形照射治疗，可以使肿瘤组织内分裂周期不同的肿瘤细胞得到均匀地照射治疗，符合肿瘤生长的规律，因此，近年来放射性粒子植入治疗技术在恶性肿瘤的治疗方面得到了广泛应用。
在手术前，医生依据TPS系统设计优化的穿刺布源方案，即：首先根据超声、CT、MRI等影像检查结果，勾勒并重建肿瘤的三维形态；随后，依据肿瘤致死有效等剂量区的计算结果，并结合人体解剖结构，设计放射粒子植入的位置、数量及植入途径；然后医生需要根据所设计的放射性粒子植入的方案进行粒子植入，而放射性粒子植入过程是手术设计的核心，关键在于粒子针穿刺深度的控制，这直接关系到放射性粒子植入的准确度和治疗效果，若放射性粒子植入位置不准确，就会造成放射性粒子的辐射范围变化，影响并破坏到肿瘤附近的正常器官，而且大大降低对肿瘤的放射治疗。
现有技术中通常采用固定模板对粒子针进行限位固定，并且在固定模板或者粒子针上设置刻度，医生在穿刺时通过肉眼观察刻度线判断穿刺的深度，但医生在用肉眼观察刻度线的时候，由于视线角度的问题，需要医生的视线与刻度线处于同一水平线，由于穿刺深度的精确度是治疗效果的重要参数，位置偏移一点都可能会造成治疗效果大打折扣或治疗失败，医生的治疗过程操作难度很大；另一方面，医生在穿刺的时候，只能够观察到患者体外部分的情况，而无法观察到体内的粒子针的进针情况，即使粒子针已经偏移，医生也较难发现。
下面提供申请人检索到的与本申请相关联的先有专利文献，仅供审查员参考，具体如下，中国发明专利，申请号：CN201711059321.9，申请日：2017-11-01，内容摘要：本发明涉及一种带固定装置的3D打印个性化柱塞式穿刺治疗模板，包括模板基板、模板导孔、穿刺针引导柱、微调支架插入孔、定位孔、轻量化通孔、激光对位线、穿刺针编号和深度标记等。此模板穿刺针引导柱可随时取下，取下后模板导向孔直径较大、长度短，使局部麻醉点定位精准且较易实施，可方便使用较大直径的骨钻，钻孔定位精准。设置了三处微调支架插入孔，配合微调支架使用可微调和固定模板位置。模板基板表面设置针孔编号和穿刺针插入深度标记，防止没有深度标记，误插穿刺针。此模板个性化定制，术前根据CT、磁共振等医学影像精确设计每一根穿刺针，精准微创，极大地降低了手术难度和手术风险，降低青年医师学习周期，迅速开展业务，使更多病人受益。
此治疗模板采用的是利用刻度进行深度标记，在医生穿刺的过程中就会产生上述的技术问题，医生在穿刺过程中的操作难度还是很大。
发明内容
本发明提供激光照射引导控制肿瘤放射性粒子植入深度的提示系统，用于解决现有技术中医生在用肉眼观察刻度线的时候，由于视线角度的问题，需要医生的视线与刻度线处于同一水平线，医生的治疗过程操作难度很大的技术问题；同时，本发明还能解决医生在穿刺的时候，只能够观察到患者体外部分的情况，而无法观察到体内的粒子针的进针情况，即使粒子针已经偏移，医生也较难发现的问题。
本发明所采用的技术方案为：
激光照射引导控制肿瘤放射性粒子植入深度的提示系统，为解决现有医生在用肉眼观察刻度线的时候，由于视线角度的问题，需要医生的视线与刻度线处于同一水平线，医生的治疗过程操作难度很大的的问题，包括轨道设备、激光发射器以及设置在激光发射器上的激光传感器及计时处理器，所述轨道设备带动激光发射器移动，所述激光发射器向人体表面发射激光形成定位光斑，粒子针通过光斑找准植入点，所述激光传感器用于接收从粒子针尾端反射的激光，所述计时处理器用于记录激光往返时间并计算激光发射器与粒子针尾端的距离；
所述粒子介入客户端包括中央处理器以及与中央处理器相连的语音提示系统、动画模拟器、3D模拟显示模块，所述中央处理器用于储存病体模型的三维数据包以及接收激光定位测距装置的测距数据，所述语音提示系统将测距数据转换为语音信息进行播报提示，所述动画模拟器用于根据测距数据在病体模型中编辑添加粒子针和放射性粒子的模拟动画，所述3D模拟显示模块用于显示粒子针和放射性粒子模拟动画以及病体模型。
工作原理及使用方法为：
在进行粒子针穿刺时，首先利用轨道设备将激光发射器调整到对应的位置和角度，通过激光发射器向患者体表发射激光，医生将粒子针的针头端对准激光射线在体表上的光点，调整粒子针使激光射线的光点与针尾端的中心重合，按照激光射线的路径插入粒子针，在粒子针插入的过程中，激光传感器会一直接受从粒子针尾端反射回来的激光，然后通过计时处理器计算激光往返时间t，激光的传播速度为v，则可以得到激光传感器与粒子针尾端的距离L＝vt/2，计时处理器将粒子针与激光传感器的测距数据传递给中央处理器，中央处理器将变化的测距数据实时处理得到粒子针插入深度m，其中粒子针尾端初始阶段与激光传感器的距离为n，则m＝L-n，然后通过语音提示系统对粒子针插入深度m进行播报，供医生在穿刺时进行参考和校正，同时动画模拟器通过软件算法制作粒子针和放射性粒子的模型在病体模型中展示，通过接收的测距数据以及激光发射器的位置及角度，通过模型在3D模拟显示模块上显示粒子针以及放射性粒子的穿刺植入状态，医生在进行穿刺的同时，可以接收到穿刺状态的语音提示，并且能够通过3D模拟显示模块直观的看到粒子针的植入情况，大大提高了粒子针穿刺和粒子植入时的准确度，并且降低了医生的操作难度，提高粒子植入的成功率，减少了反复穿刺的情况，同时通过激光传感器进行距离测量，相比于观察刻度线的方式，对粒子针植入深度的测量准确度更高。
进一步的，粒子介入客户端为计算机或带有语音处理功能的图形工作站。值得注意的是，作为本领域技术人员所知晓的，此处的计算机和图形工作站都具有能够处理3D图形的处理器和显卡。
进一步的，语音提示系统包括语音芯片和扬声器，语音芯片通过音频解码器将测距数据解码后，再通过DAC转换器将测距数据转换为模拟信号传递给扬声器进行语音提示。值得注意的是，语音提示系统可以为通用的语音设备，比如倒车距离提示系统，与此语音提示系统的系统结构相同，在此不做详述。
进一步的，动画模拟器包括MCU芯片和时间计时器，时间计时器控制MCU芯片在固定时间间隔内连续接收测距数据，MCU芯片根据测距数据在病体模型的三维数据包中添加粒子针和放射性粒子的模拟动画。
作为一种优选的方案，时间计时器的计时间隔为0.1s-0.5s。
作为一种优选的方案，3D模拟显示模块为液晶显示器。
进一步的优选方案，中央处理器的型号为AMD Ryzen 7 2700X、AMD Ryzen 52600X或Intel i7 8700K中的任意一种。
进一步的优选方案，语音芯片的型号为KT404A、SZY74或SZY82中的任意一种。
进一步的优选方案，MCU芯片为PW106/PW328图像处理芯片或NVIDIAGoForce图形处理芯片。
本发明的有益效果为：
本发明通过通过激光传感器进行距离测量，相比于观察刻度线的方式，对粒子针植入深度的测量准确度更高，同时在3D模拟显示模块上显示粒子针以及放射性粒子的穿刺植入状态，医生在进行穿刺的同时，可以接收到穿刺状态的语音提示，并且能够通过3D模拟显示模块直观的看到粒子针的植入情况，大大提高了粒子针穿刺和粒子植入时的准确度，并且降低了医生的操作难度，提高粒子植入的成功率，减少了反复穿刺的情况。
附图说明
图1是本发明的系统模块示意图；
图2是本发明语音提示系统的模块图；
图3是本发明动画模拟器的模块图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。
实施例1：
如图1所示，轨道设备、激光发射器以及设置在激光发射器上的激光传感器及计时处理器，所述轨道设备带动激光发射器移动，所述激光发射器向人体表面发射激光形成定位光斑，粒子针通过光斑找准植入点，所述激光传感器用于接收从粒子针尾端反射的激光，所述计时处理器用于记录激光往返时间并计算激光发射器与粒子针尾端的距离；
所述粒子介入客户端包括中央处理器以及与中央处理器相连的语音提示系统、动画模拟器、3D模拟显示模块，所述中央处理器用于储存病体模型的三维数据包以及接收激光定位测距装置的测距数据，所述语音提示系统将测距数据转换为语音信息进行播报提示，所述动画模拟器用于根据测距数据在病体模型中编辑添加粒子针和放射性粒子的模拟动画，所述3D模拟显示模块用于显示粒子针和放射性粒子模拟动画以及病体模型。
工作原理及使用方法为：
在进行粒子针穿刺时，首先利用轨道设备将激光发射器调整到对应的位置和角度，通过激光发射器向患者体表发射激光，医生将粒子针的针头端对准激光射线在体表上的光点，调整粒子针使激光射线的光点与针尾端的中心重合，按照激光射线的路径插入粒子针，在粒子针插入的过程中，激光传感器会一直接受从粒子针尾端反射回来的激光，然后通过计时处理器计算激光往返时间t，激光的传播速度为v，则可以得到激光传感器与粒子针尾端的距离L＝vt/2，计时处理器将粒子针与激光传感器的测距数据传递给中央处理器，中央处理器将变化的测距数据实时处理得到粒子针插入深度m，其中粒子针尾端初始阶段与激光传感器的距离为n，则m＝L-n，然后通过语音提示系统对粒子针插入深度m进行播报，供医生在穿刺时进行参考和校正，同时动画模拟器通过软件算法制作粒子针和放射性粒子的模型在病体模型中展示，通过接收的测距数据以及激光发射器的位置及角度，通过模型在3D模拟显示模块上显示粒子针以及放射性粒子的穿刺植入状态，医生在进行穿刺的同时，可以接收到穿刺状态的语音提示，并且能够通过3D模拟显示模块直观的看到粒子针的植入情况，大大提高了粒子针穿刺和粒子植入时的准确度，并且降低了医生的操作难度，提高粒子植入的成功率，减少了反复穿刺的情况，同时通过激光传感器进行距离测量，相比于观察刻度线的方式，对粒子针植入深度的测量准确度更高。
实施例2：
在上述实施例的基础上，作为进一步的优选方案，粒子介入客户端为计算机或带有语音处理功能的图形工作站。值得注意的是，作为本领域技术人员所知晓的，此处的计算机和图形工作站都具有能够处理3D图形的处理器和显卡。
实施例3：
如图2所示，在上述实施例的基础上，语音提示系统包括语音芯片和扬声器，语音芯片通过音频解码器将测距数据解码后，再通过DAC转换器将测距数据转换为模拟信号传递给扬声器进行语音提示。值得注意的是，语音提示系统可以为通用的语音设备，比如倒车距离提示系统，与此语音提示系统的系统结构相同，在此不做详述，
实施例4：
如图3所示，在上述实施例的基础上，动画模拟器包括MCU芯片和时间计时器，时间计时器控制MCU芯片在固定时间间隔内连续接收测距数据，MCU芯片根据测距数据在病体模型的三维数据包中添加粒子针和放射性粒子的模拟动画。其中动画模拟器的MCU芯片通过程序在3D模拟显示模块显示粒子针以及放射性粒子的模拟动画，其中部分程序代码如下：
实施例5：
在上述实施例的基础上，作为进一步的优选方案，中央处理器的型号为AMD Ryzen7 2700X、AMD Ryzen 5 2600X或Intel i7 8700K中的任意一种；语音芯片的型号为KT404A、SZY74或SZY82中的任意一种；MCU芯片为PW106/PW328图像处理芯片或NVIDIA GoForce图形处理芯片。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.激光照射引导控制肿瘤放射性粒子植入深度的提示系统，其特征在于：包括激光定位测距装置和粒子介入客户端，
所述激光定位测距装置通过激光测量粒子针穿刺的深度，包括轨道设备、激光发射器以及设置在激光发射器上的激光传感器及计时处理器，所述轨道设备带动激光发射器移动，所述激光发射器向人体表面发射激光形成定位光斑，粒子针通过光斑找准植入点，所述激光传感器用于接收从粒子针尾端反射的激光，所述计时处理器用于记录激光往返时间并计算激光发射器与粒子针尾端的距离；
所述粒子介入客户端包括中央处理器以及与中央处理器相连的语音提示系统、动画模拟器、3D模拟显示模块，所述中央处理器用于储存病体模型的三维数据包以及接收激光定位测距装置的测距数据，所述语音提示系统将测距数据转换为语音信息进行播报提示，所述动画模拟器用于根据测距数据在病体模型中编辑添加粒子针和放射性粒子的模拟动画，所述3D模拟显示模块用于显示粒子针和放射性粒子模拟动画以及病体模型。
2.根据权利要求1所述的激光照射引导控制肿瘤放射性粒子植入深度的提示系统，其特征在于：所述粒子介入客户端为计算机或带有语音处理功能的图形工作站。
3.根据权利要求2所述的激光照射引导控制肿瘤放射性粒子植入深度的提示系统，其特征在于：所述语音提示系统包括语音芯片和扬声器，所述语音芯片通过音频解码器将测距数据解码后，再通过DAC转换器将测距数据转换为模拟信号传递给扬声器进行语音提示。
4.根据权利要求3所述的激光照射引导控制肿瘤放射性粒子植入深度的提示系统，其特征在于：所述动画模拟器包括MCU芯片和时间计时器，时间计时器控制MCU芯片在固定时间间隔内连续接收测距数据，MCU芯片根据测距数据在病体模型的三维数据包中添加粒子针和放射性粒子的模拟动画。
5.根据权利要求4所述的激光照射引导控制肿瘤放射性粒子植入深度的提示系统，其特征在于：所述时间计时器的计时间隔为0.1s-0.5s。
6.根据权利要求1所述的激光照射引导控制肿瘤放射性粒子植入深度的提示系统，其特征在于：所述3D模拟显示模块为液晶显示器。
7.根据权利要求1所述的激光照射引导控制肿瘤放射性粒子植入深度的提示系统，其特征在于：所述中央处理器的型号为AMD Ryzen 7 2700X、AMD Ryzen 5 2600X或Intel i78700K中的任意一种。
8.根据权利要求3所述的激光照射引导控制肿瘤放射性粒子植入深度的提示系统，其特征在于：所述语音芯片的型号为KT404A、SZY74或SZY82中的任意一种。
9.根据权利要求4所述的激光照射引导控制肿瘤放射性粒子植入深度的提示系统，其特征在于：所述MCU芯片为PW106/PW328图像处理芯片或NVIDIA GoForce图形处理芯片。
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