放疗头枕的制作方法及装置与流程

1.本发明属于放射治疗产品制作技术领域，特别地，涉及放疗头枕的制作方法及装置。


背景技术：

2.放射治疗是治疗恶性肿瘤的三种主要手段之一，大约60％～70％的肿瘤病人需要接受放射治疗，放射治疗与手术治疗一样，是一种局部治疗手段，有90％的肿瘤治愈率是局部治疗手段的贡献。如果局部控制失败，会导致肿瘤的局部复发和远地转移。放射治疗的根本目标是最大限度地将放射线的剂量集中照射到病灶(靶区)中，杀灭肿瘤细胞，同时使周围的正常组织和关键器官免受或尽可能少受不必要的照射。
3.因此，就需要病人在放疗的过程中固定，将放射线剂量集中照射到病灶中，提升放疗效果，以及减少对其他关键器官的影响。但是如果肿瘤长在头部，而病人体型差异例如驼背以及肿瘤恰好长在后脑勺等，都会使得放疗过程中保持头部固定较为困难，现有技术中，放疗头枕都是标准化头枕，放疗效果较差。


技术实现要素：

4.解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种放疗头枕的制作方法及装置，能根据病人头型差异定制放疗头枕。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种放疗头枕的制作方法，所述方法包括：获取患者头部在第一坐标系内的实际轮廓模型；以治疗需求为第一约束条件，将所述实际轮廓模型重新构建成第一轮廓模型；按照预设方向将所述第一轮廓模型断层分割成多层加工子区域；将所述第一轮廓模型的外轮廓逐个正投影至对应的所述加工子区域中，形成加工路径；将头枕毛坯固定在第二坐标系中，热熔头在所述第二坐标系中按照所述加工路径加工所述头枕毛坯，获得与第一轮廓模型的外轮廓相一致的放疗头枕。
7.优选地，所述获取患者头部在第一坐标系内的实际轮廓模型包括：采用不同类型的波长信号断层扫描患者头部；接收所述患者头部针对所述波长信号反射回来的反射信号；所述扫描点信息包括所述扫描点相对于所述第一坐标系中x轴、y轴以及z轴对应的垂直距离；根据每个扫描点信息确定每个扫描点对应的第一空间坐标点(x,y,z)，形成所述第一空间坐标点(x,y,z)对应的第一点集，再由第一点集形成所述实际轮廓模型。
8.优选地，所述以治疗需求为第一约束条件，将所述实际轮廓模型重新构建成第一轮廓模型包括：当所述第一约束条件为放置所述放疗头枕的床面高度为第一距离值z1，调整所述第一空间点(x,y,z)，获得每个扫描点对应的第二空间坐标点(x,y,z-z1)，且形成所述第二空间坐标点(x,y,z-z1)对应的第二点集，由所述第二点集重新构建成所述第一轮廓模型。
9.优选地，所述第一坐标系通过以患者身体宽度方向为x轴，患者身高方向为y轴，患
者背部与前胸之间方向为z轴来构建；所述以治疗需求为第一约束条件，将所述实际轮廓模型重新构建成第一轮廓模型还包括：当所述第一约束条件为患者使用头枕时头部相对于背部倾斜角度β来实现不同类型的波与患者头部重要器官错位，将所述第一坐标系中由所述y轴和所述z轴形成yz面旋转β角度，将所述第二空间坐标点(x,y,z-z1)变换形成第三空间坐标点(x，ycosβ-zsinβ，ysinβ+zcosβ-z1)，形成所述第三空间坐标点对应的第三点集，由所述第三点集重新构建成所述第一轮廓模型。
10.优选地，当所述第一约束条件为升高头枕高度h时，所述第三空间坐标点变换形成第四空间坐标点(x，ycosβ-zsinβ，ysinβ+zcosβ+h-z1)，所述第四空间坐标点对应的第四点集，由所述第四点集重新构建成所述第一轮廓模型。
11.优选地，当所述第一约束条件为患者肿瘤长在头部一侧或两侧需采用侧卧位治疗，将所述第一坐标系中x轴和z轴同时绕y轴正向旋转90
°
和/或反向旋转90
°
；当x轴和z轴正向旋转90
°
时，将第四空间坐标点变换形成第五空间点(-ysinβ-zcosβ，ycosβ-zsinβ，x+h-z1)；当x轴和z轴反向旋转90
°
时，将第四空间坐标点变换形成第六空间点(ysinβ+zcosβ，ycosβ-zsinβ，-x+h-z1)；所述第五空间点和/或所述第六空间点形成对应的第五点集，由所述第五点集重新构建成所述第一轮廓模型。
12.优选地，所述第二坐标系与所述第一坐标系方位相同；选取至少两层加工子区域，对应互不重合的加工路径，由各个加工路径形成第二子区域，所述热熔头绕所述y轴转动一定角度，以使得所述热熔头的轴线始终与所述第二子区域垂直。
13.优选地，所述热熔头绕所述x轴正向旋转90
°
和/或反向旋转90
°
。
14.优选地，待获得与第一轮廓模型的外轮廓相一致的头枕之后，在所述头枕上加工第一定位孔，所述第一定位孔与患者放疗时头枕固定在支架上定位销相配合。
15.一种放疗头枕的制作装置，该制作装置包括：第一获取模块，用于获取患者头部在第一坐标系内的实际轮廓模型；第一构建模块，用于以治疗需求为第一约束条件，将所述实际轮廓模型重新构建成第一轮廓模型；第一形成模块，用于按照预设方向将所述第一轮廓模型断层分割成多层加工子区域，将所述第一轮廓模型逐个正投影至所述加工子区域中，形成加工路径；第一加工模块，用于将头枕毛坯固定在第二坐标系中，热熔头在所述第二坐标系中按照所述加工路径加工所述头枕毛坯，获得与第一轮廓模型的外轮廓相一致的头枕。
16.本发明提供的放疗头枕的制作方法及装置，根据患者年纪不同以及头型特点，获取患者头部在第一坐标系内的实际轮廓模型，再以患者不同治疗需求为第一约束条件，例如舒适度、避让头部关重器官，以及头部肿瘤位置不同等，对实际轮廓模型进行调整，继而重新构建成第一轮廓模型，新获得的第一轮廓模型更能满足患者放疗需求。按照预设方向将第一轮廓模型断层分割成多层加工子区域，即完成每层加工子区域的加工就可获得与第一轮廓模型的外轮廓相一致的放疗头枕，具体地，将每层中第一轮廓模型的外轮廓逐个正投影至对应的加工子区域中，形成加工路径，再将头枕毛坯固定在第二坐标系中，热熔头在第二坐标系中按照加工路径逐步溶化头枕毛坯，最后得到与第一轮廓模型的外轮廓相一致的放疗头枕，因此，本发明提供的放疗头枕的制作方法及装置，能根据病人头型差异定制放疗头枕。
附图说明
17.附图是用来提供对本发明的理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
18.图1为本发明提供的放疗头枕的制作方法的流程图；
19.图2为本发明提供的放疗头枕的制作装置的框架图。
20.附图标记说明
21.10、第一获取模块；20、第一构建模块；30、第一形成模块；40、第一加工模块。
具体实施方式
22.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
23.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
24.请如图1所示，本发明提供一种放疗头枕的制作方法，该方法包括：
25.s10、获取患者头部在第一坐标系内的实际轮廓模型；
26.s20、以治疗需求为第一约束条件，将实际轮廓模型重新构建成第一轮廓模型；
27.s30、按照预设方向将第一轮廓模型断层分割成多层加工子区域；
28.s40、将第一轮廓模型的外轮廓逐个正投影至对应的加工子区域中，形成加工路径；
29.s50、将头枕毛坯固定在第二坐标系中，热熔头在第二坐标系中按照加工路径加工所述头枕毛坯，获得与第一轮廓模型的外轮廓相一致的放疗头枕。
30.本发明提供的放疗头枕的制作方法，根据患者年纪不同以及头型特点，获取患者头部在第一坐标系内的实际轮廓模型，再以患者不同治疗需求为第一约束条件，例如舒适度、避让头部关重器官，以及头部肿瘤位置不同等，对实际轮廓模型进行调整，继而重新构建成第一轮廓模型，新获得的第一轮廓模型更能满足患者放疗需求。按照预设方向将第一轮廓模型断层分割成多层加工子区域，即完成每层加工子区域的加工就可获得与第一轮廓模型的外轮廓相一致的放疗头枕，具体地，将每层中第一轮廓模型的外轮廓逐个正投影至对应的加工子区域中，形成加工路径，再将头枕毛坯固定在第二坐标系中，热熔头在第二坐标系中按照加工路径逐步溶化头枕毛坯，最后得到与第一轮廓模型的外轮廓相一致的放疗头枕，因此，本发明提供的放疗头枕的制作方法及装置，能根据病人头型差异定制放疗头枕。
31.其中，按照预设方向断层分割第一轮廓模型，预设方向为第一坐标系的轴线方向，断层分割时选取其中一个轴线方向即可，这样就将三维立体的第一轮廓模型切分成多个不同的平面，加工子区域就位于该平面上，每个平面上第一轮廓模型均会对应不同尺寸大小的外轮廓，将这些外轮廓逐个正投影至加工子区域中，就会形成多层加工路径，热熔头再逐
层按加工路径行走，将头枕毛坯溶化掉，最后形成与第一轮廓模型的外轮廓相一致的放疗头枕。必要时，调整热熔头的温度、行走速度，来使得加工出来的放疗头枕层与层之间过渡更加光滑，还可以选择，在热熔头按照加工路径加工完成后，对放疗头枕进行打磨，较于现有技术中放疗头枕的制作方式，本发明提供的放疗头枕的制作方法，通过牺牲放疗头枕部分的精度以及加工效率，来使得所加工的放疗头枕更加经济、更贴近患者实际需求。实验证明，本发明提供的制作方法在对热熔头加工参数的调整，加工误差可以控制在3mm以内，而患者头部上的毛发、人体软组织等，这种误差完全不影响放疗头枕的使用，实际头部与放疗头枕贴合度较高。
32.本发明提供的实施例中，获取患者头部在第一坐标系内的实际轮廓模型包括：采用不同类型的波长信号断层扫描患者头部；接收患者头部针对波长信号反射回来的反射信号；扫描点信息包括扫描点相对于第一坐标系中x轴、y轴以及z轴对应的垂直距离；根据每个扫描点信息确定每个扫描点对应的第一空间坐标点(x,y,z)，形成第一空间坐标点(x,y,z)对应的第一点集，再由第一点集形成实际轮廓模型。本实施例主要说明如何获取患者在第一坐标系中的实际轮廓模型，不同类型的波可以是机械波、电磁波等。
33.本发明的核心在于提供的放疗头枕的制作方法所制作的放疗头枕能满足不同治疗需求，现结合实际不同适用场景举例说明，
34.实施例一，放置放疗头枕的床面具有一定高度，该床面高度为第一距离值z1，则调整第一空间点(x,y,z)，获得每个扫描点对应的第二空间坐标点(x,y,z-z1)，且形成第二空间坐标点(x,y,z-z1)对应的第二点集，由第二点集重新构建成第一轮廓模型。
35.实施例二，第一坐标系通过以患者身体宽度方向为x轴，患者身高方向为y轴，患者背部与前胸之间方向为z轴来构建；当第一约束条件为患者使用头枕时头部相对于背部倾斜角度β来实现不同类型的波与患者头部重要器官错位，将第一坐标系中由y轴和z轴形成yz面旋转β角度，将第二空间坐标点(x,y,z-z1)变换形成第三空间坐标点(x，ycosβ-zsinβ，ysinβ+zcosβ-z1)，形成第三空间坐标点对应的第三点集，由第三点集重新构建成第一轮廓模型。
36.由于人的头部有许多重要器官，放疗时需要重点保护，称之为“危及器官”，比如晶体、眼睛、脑干、骨髓等，射线在放疗时通常是直线照射，通过将头部相对于背部的平面呈一定倾斜角，使得患者的头部倾斜β角度时有助于保护危及器官，通常β角度为锐角，尤其是能避免射线直接照射晶体(眼珠部分)，因此，在制作放疗头枕时考虑该治疗需求，当以患者身高方向为y轴时，使头部倾斜β角度，采用人不动，调整第一坐标系，来改变第一坐标系中每个扫描点对应的第二空间坐标点，继而获得多个第三坐标点，最终形成第三点集，由第三点集重新构建成第一轮廓模型。因此，本实施例提供的放疗头枕制作方法能根据病人头型差异定制放疗头枕，且使用该放疗头枕在放疗过程中自然与背部平面呈一定倾斜角度，避免放射线直射晶体。
37.实施例三，当第一约束条件为升高头枕高度h时，第三空间坐标点变换形成第四空间坐标点(x，ycosβ-zsinβ，ysinβ+zcosβ+h-z1)，第四空间坐标点对应的第四点集，由第四点集重新构建成第一轮廓模型。在现实生活中，人们由于不好的用眼习惯，以及伏案作业久，都会造成头部不同程度前倾，因此，在制作放疗头枕的过程中，将放疗头枕升高，来提升放疗头枕使用过程中的舒适度，获得多个第四空间坐标点，形成由多个第四空间坐标点对
应形成的第四点集，最后由第四点集重新构建成第一轮廓模型。因此，本实施例提供的放疗头枕的制作方法所制造的放疗头枕，具有更良好的放疗舒适度。
38.实施例四，当第一约束条件为患者肿瘤长在头部一侧或两侧需采用侧卧位治疗，将第一坐标系中x轴和z轴同时绕y轴正向旋转90
°
和/或反向旋转90
°
；当x轴和z轴正向旋转90
°
时，将第四空间坐标点变换形成第五空间点(-ysinβ-zcosβ，ycosβ-zsinβ，x+h-z1)；当x轴和z轴反向旋转90
°
时，将第四空间坐标点变换形成第六空间点(ysinβ+zcosβ，ycosβ-zsinβ，-x+h-z1)；第五空间点和/或第六空间点形成对应的第五点集，由第五点集重新构建成第一轮廓模型。在实际放疗的过程中，部分患者的肿瘤长在头部一侧或者两侧均有不对称且大小不同的肿瘤，采用单侧卧位或者双侧卧位放疗治疗，在能获得更佳的放疗效果的同时，还能避免射线直射晶体，来防止射线对晶体的损伤，如何满足上述治疗需求，实施例四提供了良好的解决方案，同样是采用患者本人不动，来调整构建第一轮廓模型的第一坐标系，继而使得原先在第一坐标系中多个第四空间坐标点均变换成第五空间点和/或第六空间点，再由多个第五空间点和/或第六空间点对应形成的第五点集，最后由第五点集重新构建成第一轮廓模型。至于第四空间坐标点是变换成第五空间点，还是第六空间点，甚至是第五空间点和第六空间点，需要根据实际治疗需求来定，即该治疗需求是肿瘤长在患者左侧还是右侧，还是左侧和右侧均有肿瘤。因此，本实施例提供的放疗头枕的制作方法所制作的放疗头枕，能满足单侧长有肿瘤，或者双侧长有肿瘤的患者在放疗过程中来避免射线直射晶体，同时还能获得更优的放疗舒适度。
39.本发明除了致力于使得所制作的放疗头枕能满足不同治疗需求的基础下，还提供多种实施例。
40.其中，第二坐标系与第一坐标系方位相同；选取至少两层加工子区域，对应互不重合的加工路径，由各个加工路径形成第二子区域，热熔头绕所述y轴转动一定角度，以使得热熔头的轴线始终与第二子区域垂直。使得加工后放疗头枕的表面具有更好的加工精度，除了在加工过程中，调整热熔头温度、加工速度等，将第二坐标系(热熔头加工坐标系)与第一坐标系方位设置相同，实现加工基准与实际轮廓模型，以及重新构建后的第一轮廓模型的基准相同，减少实际加工误差。另一方面，上述实施例，均采用加工子区域逐层加工，意思就是，热熔头一次只按一层的加工子区域的加工路径行走，层级之间间隔距离尽量小，来使得视觉上达到近似曲线效果，实际上这种层级之间过渡是不光滑的。为了能让层级之间过渡更加光滑，选取至少两个加工子区域，在对应互不重合的加工路径上下间隔之间的设置第二子区域，将热熔头绕y轴转动一定角度，来针对加工子区域之间的间隔区域即第二子区域加工，且热熔头的轴线始终与第二子区域垂直。
41.同样地，在制造单侧卧位放疗头枕和/或双侧卧位放疗头枕时，第一坐标系中x轴和z轴同时绕y轴正向旋转90
°
和/或反向旋转90
°
，来实现对加工路径上下间隔位置处加工，让单侧卧位放疗头枕和/或双侧卧位放疗头枕上下加工路径之间过渡更加平滑，省去手工打磨步骤，提高放疗头枕的表面精度和加工效率。
42.本发明提供的实施例中，待获得与第一轮廓模型的外轮廓相一致的头枕之后，在头枕上加工第一定位孔，第一定位孔与患者放疗时头枕固定在支架上定位销相配合，在制作放疗头枕时，在头枕上加工出第一定位孔，在患者在放疗床上治疗时，将固定在放疗床上的支架上的定位销插入第一定位孔，能实现头枕的快速定位，使得放疗过程中，放疗头枕的
加工基准与放疗设备的基准相一致，采用此制作方法所加工的放疗头枕，在放疗时能减少放疗头枕摆放误差，通过减少此误差能防止射线对晶体、其他头部关键器官的影响，提升放疗效果。
43.请如图2所示，本发明提供一种放疗头枕的制作装置，该装置包括第一获取模块10，用于获取患者头部在第一坐标系内的实际轮廓模型；第一构建模块20，用于以治疗需求为第一约束条件，将实际轮廓模型重新构建成第一轮廓模型；第一形成模块30，用于按照预设方向将第一轮廓模型断层分割成多层加工子区域，将第一轮廓模型逐个正投影至加工子区域中，形成加工路径；第一加工模块40，用于将头枕毛坯固定在第二坐标系中，热熔头在第二坐标系中按照所述加工路径加工头枕毛坯，获得与第一轮廓模型的外轮廓相一致的头枕，放疗头枕的制作装置的技术效果请参见放疗头枕的制作方法中各实施例，再次不再赘述。
44.本说明书中各实施例采用递进方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
45.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。