基于温度的微波消融组织杨氏模量实时评估方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于温度的微波消融组织杨氏模量实时评估方法及其装置，该方法可以根据获得的组织在微波消融过程中的温度(T)实时估测出组织的硬度参数(杨氏模量，E)。本发明专利技术首先通过搭建离体猪肝微波消融温度和杨氏模量实时同步采集系统，获得大量微波消融过程中的T和E同步变化数据；然后，通过数据拟合建立多组E‑T关系方程，获得最终的E‑T关系模型。本发明专利技术建立了T和E之间的关联，可通过测量组织的温度进而计算出组织的硬度参数。本发明专利技术对评判肿瘤微波消融的实时疗效具有重大意义，对建立多模态肿瘤微波消融疗效评估体系有重要价值。

Real time evaluation method and device of Young's modulus of tissue by microwave ablation based on temperature

【技术实现步骤摘要】
基于温度的微波消融组织杨氏模量实时评估方法及其装置
本专利技术属于微波消融疗效评估
，特别涉及一种基于温度的微波消融组织杨氏模量实时评估方法及其装置。
技术介绍
微波热消融疗法因其疗效明显、微创、毒副作用小、并发症少等优势，被认为是继手术、化疗、放疗、免疫治疗等后又一类新型有效的恶性肿瘤治疗的方法，在临床肿瘤治疗中已经发挥了巨大的作用，已经广泛用于肝癌、肺癌、肾癌、甲状腺癌、肠癌、子宫肌瘤等常见肿瘤。但是，微波肿瘤热消融中仍存在许多需要解决的科学及技术问题，其中最主要的之一就是微波消融治疗中实时疗效评估问题。目前临床上主要把温度作为肿瘤细胞灭活的判定因子，还不能正确反应肿瘤组织的消融程度，仅温度测量也无法实时获取消融过程中肿瘤组织的其他相关参数，包括蛋白质凝固程度、组织硬度等。寻找更为准确的多参数综合评估因子实现疗效实时评估成为精准消融的关键。微波消融下生物组织的热损伤是与温度和时间有关的动态变化过程，其本质上是消融过程中蛋白质变性并逐步凝固的过程。生物组织的硬度(杨氏模量E)也随组织逐渐凝固而动态变化。越来越多的学者使用杨氏模量(E)来评估微波消融的功效。目前临床上杨氏模量实时测量主要通过多普勒彩色超声仪实现，但由于仪器价格昂贵，体积庞大，并不能大面积推广。测温设备如测温针则成本低廉，制作简易，小巧便携。大量研究表明，组织的温度与杨氏模量有关，生物组织在温度升高过程中，机械弹性(硬度)会随温度变化而变化。目前尚没有微波消融过程中温度和杨氏模量的有效关系模型。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术提供基于温度的微波消融组织杨氏模量实时评估方法及其装置，该方法建立了一种有效的E-T关系模型。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于温度的微波消融组织杨氏模量实时评估方法，根据获得的组织在微波消融过程中的温度T实时估测出组织的硬度E，包括以下步骤：S1、搭建微波消融温度和杨氏模量同步实时采集系统；S2、获得不同消融剂量下的T和E同步变化数据；S3、通过多项式数据拟合建立多组E-T关系方程，根据得到的各组关系方程的决定系数(拟合优度，R2)，剔除R2<0.9的关系方程；S4、利用满足R2≥0.9的多组E-T关系方程，求平均得到最终的E-T关系模型；S5、检验所建立的E-T关系模型，确定误差范围。进一步的，所述步骤S1中，搭建的微波消融温度和杨氏模量同步实时采集系统包括：微波消融模块、温度测量模块、杨氏模量测量模块和数据存储模块。进一步的，所述微波消融模块包括微波源7和消融针5；温度测量模块包括测温针3；杨氏模量测量模块包括彩色多普勒超声仪8和超声探头4；数据存储模块包括主控板1和PC机2。进一步的，所述微波消融模块包括2450MHZ微波源和KY-2450-B1微波消融针；温度测量模块包括测温针；杨氏模量测量模块包括Resona7彩色多普勒超声仪和L11-3U线阵超声探头；数据存储模块包括主控板和PC机。进一步的，所述步骤S2中，不同消融剂量即选择不同的消融功率和时间组合，搭配不同的测温针与消融针间距；在开始消融的同时启动温度测量模块和杨氏模量测量模块。进一步的，在多组数据获取实验中，消融功率从50W，60W和70W中选择，消融时间分别为3min，5min和8min；测温针与微波消融针之间的距离选择为0.2cm，0.5cm，1cm，1.5cm；任意搭配消融功率、时间和距离，在开始消融的同时启动温度测量模块和杨氏模量测量模块。进一步的，所述步骤S3中，每一组实验数据的E-T关系方程及其决定系数利用多项式拟合的方法得到，剔除R2<0.9的关系方程后满足要求的实验组数为k，即有k个E-T关系方程，关系方程记做yn(n＝1,2,3,...k)，其中：yn为第n组实验获得的第n个E-T关系方程。进一步的，所述步骤S4中，E-T关系模型Y由k组关系方程求平均得到，计算公式如下：进一步的，所述步骤S5中，模型检验是指利用未参与模型建立的样本检验所建立E-T模型方程的可靠性，确定最大绝对误差，最小绝对误差和平均绝对误差。一种基于温度的微波消融组织杨氏模量实时评估方法的装置，包括依次连接的测温针3、主控板1和PC机2，还包括依次连接的消融针5和微波源7，所述测温针3和微波消融针5插入离体猪肝6内，所述贴于离体猪肝6表面的超声探头4，所述超声探头4与多普勒超声仪8相接。进一步的，所述测温针3和消融针5在离体猪肝6内平行设置。优选的，所述超声探头4为L11-3U线阵超声探头，所述微波消融针5为KY-2450-B1微波消融针，所述微波源7为2450MHZ微波源，所述多普勒超声仪8为Resona7彩色多普勒超声仪。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术建立了一种有效的E-T关系模型，可通过实时获取的组织温度估测出组织的硬度参数即杨氏模量，在不具备多普勒彩色超声仪的条件下通过价格低廉操作简便的测温设备也可获得较为准确的杨氏模量。2、本专利技术对微波热消融术中实时疗效评估有重要的参考价值，对建立多参数微波热消融术中实时疗效评估体系有重要的参考意义。附图说明图1是本专利技术的实施例所提供的一种基于温度的微波消融组织杨氏模量实时评估方法流程图；图2是本专利技术的实施例所提供的一种基于温度的微波消融组织杨氏模量实时评估方法所涉及的离体猪肝微波消融温度和杨氏模量实时同步采集装置的原理图；图3是本专利技术的实施例所提供的一种基于温度的微波消融组织杨氏模量实时评估方法中一组消融实验E与T数据实时变化及拟合示例；图4是本专利技术的实施例所提供的一种基于温度的微波消融组织杨氏模量实时评估方法中所构建的E与T关系模型方程曲线。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作更进一步的说明。如图1所示是本专利技术的实施例所提供的一种基于温度的微波消融组织杨氏模量实时评估方法的流程图，包括以下步骤：S1、搭建微波消融温度和杨氏模量同步实时采集系统；S2、获得不同消融剂量下的T和E同步变化数据；S3、通过多项式数据拟合建立多组E-T关系方程，根据得到的各组关系方程的决定系数(拟合优度，R2)，剔除R2<0.9的关系方程；S4、利用满足R2≥0.9的多组E-T关系方程，求平均得到最终的E-T关系模型；S5、检验所建立的E-T关系模型，确定误差范围，具体地讲，所述步骤S5中，模型检验是指利用未参与模型建立的样本检验所建立E-T模型方程的可靠性，确定最大绝对误差，最小绝对误差和平均绝对误差。如图2所示是本专利技术的实施例所提供的一种基于温度的微波消融组织杨氏模量实时评估方法所涉及的离体猪肝微波消融温度和杨氏模量实时同步采集装置的原理图；优选地，1为主控板，2为PC机，3为测温针，4为L11-3U线阵超声探头，5为KY-2450-B1微波消融针，6离体猪肝，7为245本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于温度的微波消融组织杨氏模量实时评估方法，其特征在于，根据获得的组织在微波消融过程中的温度T实时估测出组织的硬度E，包括以下步骤：/nS1、搭建微波消融温度和杨氏模量同步实时采集系统；/nS2、获得不同消融剂量下的T和E同步变化数据；/nS3、通过多项式数据拟合建立多组E-T关系方程，根据得到的各组关系方程的决定系数，即拟合优度R

【技术特征摘要】
1.一种基于温度的微波消融组织杨氏模量实时评估方法，其特征在于，根据获得的组织在微波消融过程中的温度T实时估测出组织的硬度E，包括以下步骤：
S1、搭建微波消融温度和杨氏模量同步实时采集系统；
S2、获得不同消融剂量下的T和E同步变化数据；
S3、通过多项式数据拟合建立多组E-T关系方程，根据得到的各组关系方程的决定系数，即拟合优度R2，剔除R2<0.9的关系方程；
S4、利用满足R2≥0.9的多组E-T关系方程，求平均得到最终的E-T关系模型；
S5、检验所建立的E-T关系模型，确定误差范围。


2.根据权利要求1所述的基于温度的微波消融组织杨氏模量实时评估方法，其特征在于，所述步骤S1中，搭建的微波消融温度和杨氏模量同步实时采集系统包括：微波消融模块、温度测量模块、杨氏模量测量模块和数据存储模块。


3.根据权利要求2所述的基于温度的微波消融组织杨氏模量实时评估方法，其特征在于，所述微波消融模块包括微波源(7)和消融针(5)；温度测量模块包括测温针(3)；杨氏模量测量模块包括彩色多普勒超声仪(8)和超声探头(4)；数据存储模块包括主控板(1)和PC机(2)。


4.根据权利要求3所述的基于温度的微波消融组织杨氏模量实时评估方法，其特征在于，所述微波消融模块包括2450MHZ微波源和KY-2450-B1微波消融针；温度测量模块包括测温针；杨氏模量测量模块包括Resona7彩色多普勒超声仪和L11-3U线阵超声探头；数据存储模块包括主控板和PC机。


5.根据权利要求1所述的基于温度的微波消融组织杨氏模量实时评估方法，其特征在于，所述步骤S2中，不同消融剂量即选择不同的消融功率和时间组合，搭配不同的...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱志余，晋晓飞，刘文文，李怡燃，王娟，冯宇，俞钦栋，朱柔君，邹止寒，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32