肿瘤热消融手术的温度场获取方法及装置制造方法及图纸

本申请涉及肿瘤热疗技术领域，特别涉及一种肿瘤热消融手术的温度场获取方法及装置，其中，方法包括：从目标肝脏中的三维磁共振图像分割立体肿瘤模型；根据三维肿瘤计算三维肿瘤的质心位置，求解三维肿瘤的椭球参数；利用椭球参数查询预设数据库，得到最近似的椭球数据，并由最近似的椭球数据获取当前温度场分布。由此，解决了相关技术中由于有限元计算量庞大，耗费时间长，并且无法实时获取和监控温度场，降低了手术的准确性和实时性，无法满足肿瘤热消融手术的需求等问题。肿瘤热消融手术的需求等问题。肿瘤热消融手术的需求等问题。

【技术实现步骤摘要】
肿瘤热消融手术的温度场获取方法及装置


[0001]本申请涉及肿瘤热疗
，特别涉及一种肿瘤热消融手术的温度场获取方法及装置。

技术介绍

[0002]相关技术中，通过卡尔曼滤波器，基于噪声分析将预测值与测量值相结合，并将生物传热模型作为预测值，且磁共振测温方法作为测量值，使用均方误差最小时的加权矩阵线性组合预测值与测量值，得到降噪后的图像，并抑制相位混乱产生的伪影，在二维情况下可以对温度场做到实时、精确的求解。
[0003]然而，相关技术中由于有限元计算量庞大，耗费时间长，并且无法实时获取和监控温度场，降低了手术的准确性和实时性，无法满足肿瘤热消融手术的需求，亟待解决。

技术实现思路

[0004]本申请是基于专利技术人对以下问题和认识作出的:
[0005]癌症是世界上最致命的病症之一，过去几十年内这种恶性肿瘤的介入式治疗方法有了突破性进展，目前的主流介入式治疗手段有RFA(Radio
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frequency ablation,射频消融)、MWA(Microwave ablation,微波消融)、HIFU(High Intensity Focused Ultrasound,高强度超声)、LITT(Laser
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induced thermotherapy,激光诱导热疗)、CSA(Cryosurgical Ablation,冷冻消融)等,与传统的化学治疗和放射治疗相比，这些方法对人体有更小的副作用和损害，除此之外,诸多实验证明介入式微创手术还有对靶点的精确定位、创伤小、并发症少的优点。
[0006]在此之中,MWA治疗肝肿瘤是一种较受欢迎的治疗手段，在部分情况下，MWA的临床表现都优于RFA，因为它有更高的消融率、更广的功率密度场、更长的消融直径、更低的热沉效应和更短的手术时间,而RFA则会受到组织内部发生沸腾和炭化现象产生绝缘体的影响,水分子是整体电荷分布不均匀的偶极子，当频率大于900MHz的微波作用于水分子时，会导致水分子剧烈的运动产生热量，从而达到利用MWA治疗加热烧蚀病变组织的目的，随着微波消融针的加热，当微波探针附近的组织达到50℃仅仅需要几分钟就能让病变组织细胞凋亡，而在60℃以上时，这一过程几乎是瞬间完成的，通常情况下，这个过程的功率和时间设置都可以由医生来进行判断。
[0007]但是，在实际手术的过程中，肝脏周围存在很多重要的组织和血管，MWA手术产生的高温有可能会对这些重要的组织和器官产生损害，因此介入式手术对消融区域的精度提出了较高要求，在控制好消融范围的情况下，才能够安全快速的对癌细胞灭活，但传统方法目前很难对温度场做到实时、精确的求解。
[0008]因此，有研究使用Kalman滤波把有限元计算方法和磁共振测温结果协同提升，卡尔曼滤波器能够基于噪声分析将预测值与测量值相结合，可以将生物传热模型作为预测值，磁共振测温方法作为测量值，使用均方误差最小时的加权矩阵线性组合预测值与测量
值，得到降噪后的图像，能够抑制成像测温技术中相位混乱带来的伪影问题，但是，有限元计算会大量增加计算量，并且在三维情况下，难以做到实时温度场的获取和监控。
[0009]本申请提供一种肿瘤热消融手术的温度场获取方法及装置，以解决相关技术中由于有限元计算量庞大，耗费时间长，并且无法实时获取和监控温度场，降低了手术的准确性和实时性，无法满足肿瘤热消融手术的需求等问题。
[0010]本申请第一方面实施例提供一种肿瘤热消融手术的温度场获取方法，包括以下步骤：从目标肝脏中的三维磁共振图像分割立体肿瘤模型；根据三维肿瘤计算所述三维肿瘤的质心位置，求解所述三维肿瘤的椭球参数；利用所述椭球参数查询预设数据库，得到最近似的椭球数据，并由所述最近似的椭球数据获取当前温度场分布。
[0011]可选地，在本申请的一个实施例中，所述求解所述三维肿瘤的椭球参数，包括：利用最小二乘法将所述三维肿瘤拟合为预设空间中9参数的椭球，得到所述三维肿瘤的椭球参数。
[0012]可选地，在本申请的一个实施例中，所述利用最小二乘法将所述三维肿瘤拟合为预设空间中9参数的椭球，得到所述三维肿瘤的椭球参数，包括：根据预设的椭球的方向角和三个轴的长度设定出椭球的表达式；根据所述椭球的表达式利用肿瘤提取出的空间散点进行最小二乘法求解椭球参数。
[0013]可选地，在本申请的一个实施例中，在利用所述椭球参数查询所述预设数据库之前，还包括：预先存储椭球参数与对应三维温度随时间变化的预设数据库，根据所述预设数据库匹配所述最近似的椭球数据。
[0014]本申请第二方面实施例提供一种肿瘤热消融手术的温度场获取装置，包括：分割模块，用于从目标肝脏中的三维磁共振图像分割立体肿瘤模型；计算模块，用于根据三维肿瘤计算所述三维肿瘤的质心位置，求解所述三维肿瘤的椭球参数；获取模块，用于利用所述椭球参数查询预设数据库，得到最近似的椭球数据，并由所述最近似的椭球数据获取当前温度场分布。
[0015]可选地，在本申请的一个实施例中，所述计算模块包括：计算单元，用于利用最小二乘法将所述三维肿瘤拟合为预设空间中9参数的椭球，得到所述三维肿瘤的椭球参数。
[0016]可选地，在本申请的一个实施例中，所述计算单元进一步用于根据预设的椭球的方向角和三个轴的长度设定出椭球的表达式，根据所述椭球的表达式利用肿瘤提取出的空间散点进行最小二乘法求解椭球参数。
[0017]可选地，在本申请的一个实施例中，本申请实施例的装置还包括：匹配模块，用于在利用所述椭球参数查询所述预设数据库之前，预先存储椭球参数与对应三维温度随时间变化的预设数据库，根据所述预设数据库匹配所述最近似的椭球数据。
[0018]本申请第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的肿瘤热消融手术的温度场获取方法。
[0019]本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的肿瘤热消融手术的温度场获取方法。
[0020]本申请实施例可以从目标肝脏中的三维磁共振图像分割立体肿瘤模型，并计算三维肿瘤的质心位置，求解三维肿瘤的椭球参数，从而利用椭球参数查询数据库，得到最近似
的椭球数据，并由最近似的椭球数据获取当前温度场分布，进而降低了有限元的计算量，节约了计算时长，可以实时获取和监控温度场，提升了手术的实时性和准确性，有效的满足肿瘤热消融手术的需求。由此，解决了相关技术中由于有限元计算量庞大，耗费时间长，并且无法实时获取和监控温度场，降低了手术的准确性和实时性，无法满足肿瘤热消融手术的需求等问题。
[0021]本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[0022]本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种肿瘤热消融手术的温度场获取方法，其特征在于，包括以下步骤：从目标肝脏中的三维磁共振图像分割立体肿瘤模型；根据三维肿瘤计算所述三维肿瘤的质心位置，求解所述三维肿瘤的椭球参数；以及利用所述椭球参数查询预设数据库，得到最近似的椭球数据，并由所述最近似的椭球数据获取当前温度场分布。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述求解所述三维肿瘤的椭球参数，包括：利用最小二乘法将所述三维肿瘤拟合为预设空间中9参数的椭球，得到所述三维肿瘤的椭球参数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用最小二乘法将所述三维肿瘤拟合为预设空间中9参数的椭球，得到所述三维肿瘤的椭球参数，包括：根据预设的椭球的方向角和三个轴的长度设定出椭球的表达式；根据所述椭球的表达式利用肿瘤提取出的空间散点进行最小二乘法求解椭球参数。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在利用所述椭球参数查询所述预设数据库之前，还包括：预先存储椭球参数与对应三维温度随时间变化的预设数据库，根据所述预设数据库匹配所述最近似的椭球数据。5.一种肿瘤热消融手术的温度场获取装置，其特征在于，包括：分割模块，用于从目标肝脏中的三维磁共振图像分割立体肿瘤模型；计算模块，用于根据三维肿瘤计算所述三维肿瘤的质心位置，求解所述三维肿瘤的椭球...

【专利技术属性】
技术研发人员：应葵，王宁，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：