[发明专利]用于变形配准算法精度验证的高仿真腹部变形模体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于变形配准算法精度验证的高仿真腹部变形模体及其制备方法。

背景技术

精确的图像变形配准技术是图像引导放射治疗（IGRT）的关键技术之一，任何层次上的图像引导都是基于医学图像配准的结果。在多分次治疗中，病人内部器官组织的形变，随着放疗的进行肿瘤体积的缩小等，都会引起摆位误差。而图像配准技术可以根据每个分次治疗获得的图像来校正摆位误差，校正放疗计划，实现自适应放疗。此外，图像变形配准技术还可以用于多分次放疗剂量的变形和累加，可以将患者每个分次实际照射的累积剂量和计划剂量进行比较，调整后续分次的照射剂量，从而实现更精确的放疗。图像变形配准算法的准确度会直接影响放疗的精确性，决定放疗的最终疗效。因此，有必要制作一个稳定、可重复和高仿真的变形模体，以验证图像配准算法结果的准确性。用简单的材料组合成模拟器官，再通过简单的变形运动模拟器官运动，再辅以剂量测定，则可以用于图像配准和剂量学的验证。

目前，已经有不少人在做变形模体的研究，大多数的研究以头颈部模体和肺部模体为主，并以简单的随机运动来模拟人体器官的变形。Kirby（N.Kirby，MedPhys，38，4583（2011）.）和Graves（Y.J.Graves，MedPhys,42，1490（2015）.）提出的头颈部体模都是二维结构的，根据头颈部的一些解剖特点，把柱体形状的模拟器官和气囊放置在一个圆盘，通过气囊的收缩膨胀导致模体的变形。Chang（J.Chang，JApplClinMedPhys，11，3081（2010）.）等研究的变形肺部模体主要通过一个气囊模拟肺部，再通过气囊的收缩膨胀导致模体的变形。这些二维头颈部模体和肺部模体都是通过在模体表面放置标记点来定量评价变形配准算法的精确性。Hungr（N.Hungr，MedPhys，39，2031（2012）.）研究的前列腺模体是以PVC为主要材料，根据人体前列腺器官的大致形状制作模具，注塑到模具中，在器官表面放置标记点，按照人体大概的解剖位置放置前列腺器官和直肠的位置，利用插针的方式对前列腺器官进行变形。Kashani（R.Kashani，MedPhys，34，199（2007）.）研究的变形胸腹部模体是在泡沫中嵌入几个固体的模拟组织球体和几十个小的塑料球作为标记点，通过电脑控制压缩机对模体在一维方向进行压缩，从而发生变形。配准前在图像上去掉标记点，利用配准算法对模体变形前后的图像配准得到配准结果，标记点和配准后的位置差异可以定量分析配准算法的精确性。

目前，多数模体是二维结构的，不具备真实器官的三维解剖结构和三维结构变形的复杂性。虽然也有一些模体是三维结构的，但其所构成的器官单一且不具备真实器官的三维解剖结构，变形过于简单，如旋转或平移，很少有模体可将验证变形配准算法和验证剂量叠加精度结合在一起。

呼吸运动对器官的运动和变形影响比较大，在人体中，腹部是呼吸运动的主要区域，且涉及的器官也比较多。因此，腹部肿瘤的放射治疗对图像变形配准的精确度有更高要求，亟需构造一种高仿真人体腹部变形模体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于变形配准算法精度验证的高仿真腹部变形模体及其制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

用于变形配准算法精度验证的高仿真腹部变形模体的制备方法，包括以下步骤：

1)调整PVC树脂粉-增塑剂的混合比，制备不同混合比的PVC塑料样品，对各PVC塑料样品进行CT扫描，测定CT值，绘制混合比与CT值的关系图；

2)以腹部肿瘤病人的CT图像为模板，勾画出肝脏、脾脏、肾脏、胃和肿瘤的轮廓线，绘制三维模具图，通过3D打印得到与人体器官外轮廓高度相似的三维模具；

3)在步骤2）的三维模具内设置标记点，根据各器官的CT值选择相应的PVC聚合溶液，注塑成型，得到仿真器官；

4)用3D打印得到骨头模型，放入到PVC聚合溶液中制备PVC阴模，再在PVC阴模中注入白水泥浆体，干燥固化，得到刚性骨头结构；

5)组装模体：用3D打印得到腹部外轮廓模具，在模具内按照病人CT图像上各个器官的解剖位置信息逐层放置制作好的器官和刚性骨头结构，注入PVC聚合溶液冷却固定，设置好标记点和热释光剂量片，得到整体结构与真实病人结构高度相似的模体。

步骤1）中PVC树脂粉-增塑剂的混合比范围为：8×10^-2g/mL～23×10^-2g/mL，以间隔1×10^-2g/mL变化。