一种基于数据拟合的消融仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数据拟合的消融仿真方法，该方法包括：计算同一消融功率、消融时间下的消融边界的短径、长径数据的实测平均值，并对靶区进行热场仿真，以短径数据为基准，将温度阈值所在等高线对应的长径为长径仿真值；在低消融功率下，建立温度阈值与消融功率关系模型；在高消融功率下，建立温度阈值与消融时间关系模型；建立修正系数与消融功率关系模型；输入消融功率、消融时间，根据消融功率高低选择温度阈值与消融功率关系模型或温度阈值与消融时间关系模型，得到温度阈值，根据温度阈值得到对应的消融仿真图像，利用修正系数与消融功率关系模型，对消融仿真图像的长径进行修正。本发明专利技术能够精确仿真消融边界。

A ablation simulation method based on data fitting

【技术实现步骤摘要】
一种基于数据拟合的消融仿真方法
本专利技术涉及一种消融图像仿真方法，尤其涉及一种基于数据拟合的消融仿真方法。
技术介绍
在电磁仿真软件上所建立的消融靶区模型，由于未考虑靶区内部血流、组织变性等影响，经过电磁仿真、热仿真所得到的仿真消融边界的图形与实际测量得到的靶区消融边界的图形尺寸会产生偏差。现有技术对消融仿真模型建立多采用引入靶区质地参数的变化，直接在迭代方程中改变参数以达到自适应效果。而这种做法模型参数考虑得可能仍不全面，且增加了模型的复杂程度，使仿真时间增加。临床上，通常根据消融边界的长、短径作为判断消融大小的依据。长径代表长径方向的消融范围，短径代表短径方向的消融范围。临床中，需要预估消融边界的长径，避免因入针过深而导致针尖前端的消融范围碰触到危险组织；同时还需要预估消融边界的短径，避免因功率过大而导致短径碰触到危险组织。现有技术通常只考量微波功率和组织特性这两个影响因素，而根据微波场电磁仿真结果引入靶区介质，通过生物热能方程进行的热仿真，其得出的热场长径与实验并不相符。
技术实现思路
专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种基于数据拟合的消融仿真方法，可以对现有仿真消融场获取的图像进行修正，从而在误差范围内更加近似于实测消融图像。技术方案：本专利技术所述的基于数据拟合的消融仿真方法，该方法包括：(1)计算相同消融功率、相同消融时间下多组靶区截面的消融边界短径、长径数据的实测平均值；(2)绘制某消融功率、消融时间下的靶区截面仿真热场的温度等高线图，所述温度等高线图的横纵坐标轴分别为对应温度的消融边界短径、长径；拾取图中最接近于消融边界短径实测平均值的温度等高线；将该等高线对应的温度值作为该消融功率、消融时间下的温度阈值，对应温度阈值的消融边界短径、长径分别为第一短径仿真值、第一长径仿真值；(3)根据步骤(2)计算各消融功率、消融时间下的温度阈值；(4)在低消融功率下，计算同一消融功率、不同消融时间的温度阈值的平均值，将其与消融功率进行线性拟合，得到温度阈值与消融功率关系模型；(5)在高消融功率下，对温度阈值和消融时间进行拟合，得到温度阈值与消融时间关系模型；(6)在相同消融功率下，将靶区截面的消融边界长径数据的实测平均值与第一长径仿真值做商，取不同时间下商的平均值作为当前功率下的修正系数，(7)对修正系数和消融功率进行拟合，得到修正系数与消融功率关系模型；(8)输入消融功率、消融时间，判断消融功率高低，对应根据温度阈值与消融功率关系模型或温度阈值与消融时间关系模型得到温度阈值，根据温度阈值获取第一短径仿真值、第一长径仿真值，利用修正系数与消融功率关系模型，对第一长径仿真值进行修正，得到长径修正值。进一步地，该方法还包括步骤：以靠近消融针针尖的靶区截面的消融边界长径上端点为基准点，利用长径修正值对靠近消融针针杆方向的长径下端点进行修正。进一步地，该方法还包括步骤：判断第一短径仿真值与短径实测值的误差是否在误差范围内，若不在误差范围内说明温度阈值取值错误，此时增加实测数据数量，返回步骤(1)，重新确定温度阈值。进一步地，该方法还包括步骤：判断第一长径仿真值与长径实测值的误差是否在误差范围内，若不在误差范围内说明修正系数错误，此时增加实测数据数量，返回步骤(6)，重新计算修正系数。进一步地，该方法还包括：计算长径修正值与长径数据的实测平均值之间的误差，当误差大于给定的误差标准值，重新调整温度阈值或者修正系数，直至误差在给定范围内。进一步地，所述步骤(1)还包括：(11)获取不同消融功率、不同消融时间下消融边界的短径、长径数据；(12)对同日、同一消融功率及消融时间下的多组短径、长径数据求数值平均，得到短径、长径数据实测平均值。进一步地，步骤(4)中，所述低功率为消融功率小于100W。进一步地，步骤(5)中，所述高功率为消融功率大于等于100W。进一步地，步骤(5)中，所述拟合为线性拟合。进一步地，步骤(7)中，所述拟合为二次拟合。有益效果：本专利技术具有以下有益效果：1、短径精确化，由于短径受非理想因素的干扰较少，通过设定温度阈值实现对仿真消融边界的图形短径的修正；2、长径精确化，在保证短径误差最小的情况下，通过定义随功率变化的修正系数实现对仿真消融边界的图形长径的修正；3、可以使仿真与实测误差保持在给定范围内，同时保持现有仿真模型的复杂度，维持了较快的仿真速度。附图说明图1是本专利技术方法流程图；图2是本专利技术实施例热场仿真图；图3是本专利技术实施例温度阈值与消融功率关系模型图；图4是本专利技术实施例温度阈值与消融时间关系模型图；图5是本专利技术实施例修正系数与消融功率关系模型图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。请参见图1，其示出了本专利技术所述的基于数据拟合的消融仿真方法流程图，该方法包括以下步骤：(1)为了消除不同次实验中的实验环境等因素对消融边界结果的影响，在本实施例中，以3月20日和5月20日两次消融实验作为参考基准。在对实际消融进行拍照留存后，使用图像处理软件Photoshop对图像进行处理，测量得到各消融功率、消融时间下的消融边界的短径、长径数据，对数据进行统计平均之后，两次消融实验的短径、长径数据如下表1、2：表1表2为了减小不同实验环境对消融结果的影响，参考的实验数据为两日实验取平均值之后的结果，如下表3所示：表3在建立映射的过程中，以此数据为温度阈值(边界)的参考，从而进一步作为长径修正系数的参考，即长径补偿系数的标准。(2)如图2所示，以60W，20min数据为例，沿Y轴，利用MATLAB绘制消融针附近的X-Z平面的离体肝模型截面温度等高线。为了图形可视性，以30℃为等高线的间隔。其中虚线a为由60W20min的短径(48.0mm)与长径(57.0mm)所构造的实验消融边界的图形；实线为热场仿真的靶区温度等高线，实线b为与实验消融边界最接近的温度等高线，该等高线的温度在50℃与80℃之间，并与80℃更为接近。通过MATLAB软件进行识别可得，此处温度为72℃，故72℃为60W，20min下的温度阈值。由于短径受到非理想因素的干扰较少，而长径上会存在针杆传热、循环水等因素导致实验与仿真差距较大，故在此使用短径作为参考。因此，在仿真热场中，在某一时刻下，与理想消融边界的短径最接近的温度等高线值，即为此时刻下定义离体肝消融边界的温度阈值。在仿真热场中，以短径为基准，得到每个时刻的温度阈值，如下表4:(单位：℃)表4由温度阈值数据可得，温度边界阈值随着功率的增加而增加。认为其原因为在功率较大时，内部针尖附近的区域迅速碳化，影响了离体肝与消融针的匹配，使能量无法传递，在热量传递本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数据拟合的消融仿真方法，其特征在于，包括步骤：/n(1)计算相同消融功率、相同消融时间下多组靶区截面的消融边界短径、长径数据的实测平均值；/n(2)绘制某消融功率、消融时间下的靶区截面仿真热场的温度等高线图，所述温度等高线图的横纵坐标轴分别为对应温度的消融边界短径、长径；拾取图中最接近于消融边界短径实测平均值的温度等高线；将该等高线对应的温度值作为该消融功率、消融时间下的温度阈值，对应温度阈值的消融边界短径、长径分别为第一短径仿真值、第一长径仿真值；/n(3)根据步骤(2)计算各消融功率、消融时间下的温度阈值；/n(4)在低消融功率下，计算同一消融功率、不同消融时间的温度阈值的平均值，将其与消融功率进行线性拟合，得到温度阈值与消融功率关系模型；/n(5)在高消融功率下，对温度阈值和消融时间进行拟合，得到温度阈值与消融时间关系模型；/n(6)在相同消融功率下，将靶区截面的消融边界长径数据的实测平均值与第一长径仿真值做商，取不同时间下商的平均值作为当前功率下的修正系数，/n(7)对修正系数和消融功率进行拟合，得到修正系数与消融功率关系模型；/n(8)输入消融功率、消融时间，判断消融功率高低，对应根据温度阈值与消融功率关系模型或温度阈值与消融时间关系模型得到温度阈值，根据温度阈值获取第一短径仿真值、第一长径仿真值，利用修正系数与消融功率关系模型，对第一长径仿真值进行修正，得到长径修正值。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于数据拟合的消融仿真方法，其特征在于，包括步骤：
(1)计算相同消融功率、相同消融时间下多组靶区截面的消融边界短径、长径数据的实测平均值；
(2)绘制某消融功率、消融时间下的靶区截面仿真热场的温度等高线图，所述温度等高线图的横纵坐标轴分别为对应温度的消融边界短径、长径；拾取图中最接近于消融边界短径实测平均值的温度等高线；将该等高线对应的温度值作为该消融功率、消融时间下的温度阈值，对应温度阈值的消融边界短径、长径分别为第一短径仿真值、第一长径仿真值；
(3)根据步骤(2)计算各消融功率、消融时间下的温度阈值；
(4)在低消融功率下，计算同一消融功率、不同消融时间的温度阈值的平均值，将其与消融功率进行线性拟合，得到温度阈值与消融功率关系模型；
(5)在高消融功率下，对温度阈值和消融时间进行拟合，得到温度阈值与消融时间关系模型；
(6)在相同消融功率下，将靶区截面的消融边界长径数据的实测平均值与第一长径仿真值做商，取不同时间下商的平均值作为当前功率下的修正系数，
(7)对修正系数和消融功率进行拟合，得到修正系数与消融功率关系模型；
(8)输入消融功率、消融时间，判断消融功率高低，对应根据温度阈值与消融功率关系模型或温度阈值与消融时间关系模型得到温度阈值，根据温度阈值获取第一短径仿真值、第一长径仿真值，利用修正系数与消融功率关系模型，对第一长径仿真值进行修正，得到长径修正值。


2.根据权利要求1所述的基于数据拟合的消融仿真方法，其特征在于，该方法还包括步骤：以靠近消融针针尖的靶区截面的消融边界长径上端点为基准点，利用长径修正值对靠近消融针针杆方向的长径下端点进行修正。


3.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙良俊，王金洪，周厚超，常家俊，
申请(专利权)人：南京亿高微波系统工程有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32