一种选取电极片贴附位置和施加电流源的方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种选取电极片贴附位置和施加电流源的方法，其特征在于，包括(1)获取对象的MRI图像；(2)对获取的MRI图像进行分割，分割为异质物区域与正常组织区域；对于分割的异质物区域与正常组织区域进行网格化处理；(3)提供三组电极片，通过异质物区域计算三组电极片贴附位置；(4)通过对三组电极片阵列施加不同相位的电流源，产生旋转电场并满足异质物区域电场强度需求的同时降低电极片的使用数量。域电场强度需求的同时降低电极片的使用数量。域电场强度需求的同时降低电极片的使用数量。

【技术实现步骤摘要】
一种选取电极片贴附位置和施加电流源的方法与系统


[0001]本专利技术涉及医疗设备
，具体是涉及一种选取电极片贴附位置和施加电流源的方法与系统。

技术介绍

[0002]肿瘤治疗电场(Tumor Treating Fields，TTFields)对肿瘤细胞施加低强度(1～3V/cm)中频(100kHz～500kHz)交变电场，通过干扰微管蛋白从而抑制肿瘤细胞分裂和增殖。在治疗脑胶质瘤时，TTFields由两个电流源感应，每个电流源都连接一对放置在患者头皮上的3
×
3电极片阵列，使用总持续时间为2秒的50％激活周期依次激活电流源，即每个传感器对被激活1秒，然后是1秒的“关闭”期。当一对处于活动状态时，另一对处于非活动状态，反之亦然，即每对都以“方波”模式激活。在激活期间，各个电流源会以200kHz提供正弦场波形。现有技术中目前存在的问题是，TTFields通过两对3
×
3电极阵列共36个电极片产生两个近似垂直的电场方向，但是头皮上贴附电极片过多会造成患者治疗意愿性和依从性降低，且电极片贴附位置在肿瘤区域产生的电场强度未达到最佳值。因此，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：针对以上缺点，本专利技术提供一种选取电极片贴附位置和施加电流源的方法，能够对电极片的位置选择更加准确，以产生预设的电场强度情况下，同时降低了电极片使用数量。同时，本申请提供一种选取电极片贴附位置和施加电流源系统，能够实现上述方法。
[0004]技术方案：为解决上述问题，本专利技术公开一种选取电极片贴附位置和施加电流源的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0005](1)获取对象的MRI图像；
[0006](2)对获取的MRI图像进行分割，分割为异质物区域与正常组织区域；对于分割的异质物区域与正常组织区域进行网格化处理；
[0007](3)提供三组电极片，通过异质物区域计算三组电极片贴附位置并施加三相电流，包括以下分步骤：
[0008](3.1)找出异质物区域面积最大的横断面，在该横断面上从异质物区域质心往外不断扩增像素，像素最快达到场景边界的位置即是第一组电极片的贴附位置；
[0009](3.2)将异质物区域质心设为P点，第一组电极片中心位置设为A点，过P点与PA垂直的直线与场景相交的两个点记作D点和E点，设PD>PE，则D以PA为对称轴作另外一点D
′
，A、D、D
′
三点构成三角形，该三角形外接圆即为横截面上的标准圆平面；设该标准圆平面的半径为r，圆心设置为O点，三组电极片在标准圆平面的圆周上分别为记作A、B、C，异质物区域质心在OA上，PA距离记作k，将OA方向设置为y轴，BC方向设置为x轴，A、B、C的坐标分别是(0,a)、(b,0)、(
‑
b,0)，则B,C的坐标(b,0),(
‑
b,0)与顶点A坐标(0,a)的关系如下：
[0010][0011](3.3)对三组电极片分别施加三相电流，三组电极片的电荷量q
a
、q
b
、q
c
随时间t的关系如下：
[0012][0013]异质物区域P(0,a
‑
k)的电场强度为：
[0014][0015]和分别是x轴和y轴的单位方向矢量，是一个椭圆形旋转电场，方向为顺时针方向，椭圆面积为一个周期内电场强度的总和，k越小，表征电场的椭圆面积越大。
[0016](3.4)求椭圆面积S
椭
时，是可简化为S
椭
与a的函数:
[0017][0018]其中ε0是相对介电常数、r是标准圆半径、q是电荷量，因此，当k已知时，可通过S
椭
对a求导，计算S
椭
最大值时的三角形高度a，根据公式(1)即可计算其他两组电极片的贴附位置，由于步骤3.1建立的标准圆与场景横断面存在位置误差，连接BC两点与场景边界的交点，将两个交点位置设为实际选取的另外两组电极片中心贴附位置。
[0019]进一步的，步骤(3.2)中三组电极片通过施加三相电流在异质物区域(0,a
‑
k)处形成椭圆形旋转电场，椭圆面积代表周期内电场强度的总和。
[0020]进一步的，步骤(3.3)中，已知异质物区域质心在y轴上，质心与顶点(0,a)的距离为k，则异质物区域质心坐标为(0,a
‑
k),且a
‑
k≤r，给定异质物区域P(0,a
‑
k)和构建的标准圆半径r，和是关于ΔABC等腰三角形高度a和电荷量q的函数，下式所示：
[0021][0022]三组电极片通过施加三相电流在异质物区域(0,a
‑
k)处形成椭圆形旋转电场，椭圆面积代表周期内电场强度的总和，椭圆长轴沿着y轴方向，长轴最大值的时间点为t1＝2wπ
±
π/2，椭圆短轴沿着x轴方向，最大值的时间点为t
′
＝2wπ
±
π；将两个时间点t1、t2联立电场强度公式，得到下式：
[0023][0024]进一步的，步骤(2)中具体采用深度神经网络3D
‑
Unet模型对获取的MRI图像进行
分割，分割为异质物区域与正常组织区域；采用Delaunay三角剖分法对于分割的异质物区域与正常组织区域进行网格化。
[0025]进一步的，该选取电极片贴附位置和施加电流源的方法用于确认电极片在对象上的贴附位置和电流施加方式，不作为诊断标准，为非诊断非治疗目的。
[0026]本专利技术提供的选取电极片贴附位置和施加电流源系统可采用以下技术方案。
[0027]一种选取电极片贴附位置和施加电流源系统，包括：三组电极片、MRI图像获取模块、MRI图像处理模块、位置寻优及施加三相电流模块；
[0028]所述MRI图像获取模块用于获取对象的MRI图像；
[0029]所述MRI图像处理模块用于对获取的MRI图像中异质物区域与正常组织区域进行分割，并对分割的异质物区域与正常组织区域进行网格化处理；
[0030]所述位置寻优及施加三相电流模块用于计算三组电极片贴附位置并施加三相电流，计算步骤包括：
[0031]找出异质物区域面积最大的横断面，在该横断面上从异质物区域质心往外不断扩增像素，像素最快达到场景边界的位置即是第一组电极片的贴附位置；
[0032]将异质物区域质心设为P点，第一组电极片中心位置设为A点过P点与PA垂直的直线与场景相交的两个点记作D点和E点，设PD>PE，则D以PA为对称轴作另外一点D
′
，A、D、D
′
三点构成三角形，该三角形外接圆即为横截面上的标准圆平面；设该标准圆平面的半径为r，圆心设置为O点，三组电极片在标准圆平面的圆周上分别为记作A、B、C，异质物区域质心在OA本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种选取电极片贴附位置和施加电流源的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取对象的MRI图像；(2)对获取的MRI图像进行分割，分割为异质物区域与正常组织区域；对于分割的异质物区域与正常组织区域进行网格化处理；(3)提供三组电极片，通过异质物区域计算三组电极片贴附位置并施加三相电流。2.根据权利要求1所述的选取电极片贴附位置和施加电流源的方法，其特征在于，步骤(3)具体包括以下步骤：(3.1)找出异质物区域面积最大的横断面，在该横断面上从异质物区域质心往外不断扩增像素，像素最快达到场景边界的位置即是第一组电极片的贴附位置；(3.2)将异质物区域质心设为P点，第一组电极片中心位置设为A点，过P点与PA垂直的直线与场景相交的两个点记作D点和E点，设PD>PE，则D以PA为对称轴作另外一点D
′
，A、D、D
′
三点构成三角形，该三角形外接圆即为横截面上的标准圆平面；设该标准圆平面的半径为r，圆心设置为O点，三组电极片在标准圆平面的圆周上分别为记作A、B、C，异质物区域质心在OA上，PA距离记作k，将OA方向设置为y轴，BC方向设置为x轴，A、B、C的坐标分别是(0,a)、(b,0)、(
‑
b,0)，则B,C的坐标(b,0),(
‑
b,0)与顶点a坐标(0,a)的关系如下：(3.3)对三组电极片分别施加三相电流，三组电极片的电荷量q
a
、q
b
、q
c
随时间t的关系如下：异质物区域P(0,a
‑
k)的电场强度为：k)的电场强度为：和分别是x轴和y轴的单位方向矢量，是一个椭圆形旋转电场，方向为顺时针方向，椭圆面积为一个周期内电场强度的总和，k越小，表征电场的椭圆面积越大。(3.4)求椭圆面积S
椭
时，可简化为S
椭
与a的函数:其中ε0是相对介电常数、r是标准圆半径、q是电荷量，因此，当k已知时，可通过S
椭
对a求导，计算S
椭
最大值时的三角形高度a，根据公式(1)即可计算其他两组电极片的贴附位置，连接BC两点与场景边界的交点，将两个交点位置设为实际选取的另外两组电极片中心贴附位置。3.根据权利要求2所述的选取电极片贴附位置和施加电流源的方法，其特征在于，步骤(3.2)中三组电极片通过施加三相电流在异质物区域(0,a
‑
k)处形成椭圆形旋转电场，椭圆面积代表周期内电场强度的总和。
4.根据权利要求3所述的选取电极片贴附位置和施加电流源的方法，其特征在于，已知异质物区域质心在y轴上，质心与顶点(0,a)的距离为k，则异质物区域质心坐标为(0,a
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k),且a
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k≤r，给定异质物区域P(0,a
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k)和构建的标准圆半径r，和是关于ΔABC等腰三角形高度a和电荷量q的函数，下式所示：三组电极片通过施加三相电流在异质物区域(0,a
‑
k)处形成椭圆形旋转电场，椭圆面积代表周期内电场强度的总和，椭圆长轴沿着y轴方向，长轴最大值的时间点为t1＝2wπ
±
π/2，椭圆短轴沿着x轴方向，最大值的时间点为t2＝2wπ
±
π；将两个时间点t1、t2联立电场强度公式，得到下式：5.根据权利要求1所述的选取电极片贴附位置和施加电流源的方法，其特征在于，步骤(2)中具体采用深度神经网络3D
‑
Unet模型对获取的MRI图像进行分割，分割为异质物区域与正常组织区域；采用Delaunay三角剖分法对于分割的异质物区域与正常组织区域进行网格化。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈春晓，王亮，肖月月，林喆，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：