影像引导消融治疗手术规划装置制造方法及图纸

一种影像引导消融治疗手术规划装置，包括：患者三维影像构建单元，用于根据患者的ＣＴ或者ＭＲＩ医学影像来得到患者的三维影像；影像显示单元，用于显示患者的三维影像；手术路径输入单元，用于输入消融手术的进针点、角度、深度、功率以及消融持续时间；微波能量场计算单元，用于计算单位时间单位体积将要消融的组织吸收的微波能量分布；温度场计算单元，以计算所得的微波能量场作为内部热源，计算将要消融的组织的温度场分布；损伤场计算单元，用于计算将要消融的组织的热损伤区域；计算所得的热损伤区域通过影像显示单元融合显示于患者的三维影像上。通过该装置，可以以三维影像的方式反映出患者器官和肿瘤的真正的解剖结构，准确地预测消融范围，从而为实施消融手术提供客观的参考。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种消融治疗手术规划装置，尤其涉及一种影像引导消融治疗手术规 划装置。
技术介绍
肝癌是最为常见的恶性肿瘤之一，全世界平均每年有超过一百万人因肝癌而死亡 (Esquivel, Keeffe et al. 1999)。目前部分切除仍是治疗肝癌的首选方法，但是手术切除 仅适合于9%-27%的患者(Lai，Fan et al. 1995)，大多数原发性和转移性肝癌患者由于 其肿瘤的位置或者有其它肝脏疾病等原因而不能接受切除手术。因此，微创介入疗法对于 改善对肝癌患者的预后是非常有必要的。对于肝癌来说，微波消融是一种非常有效的热消融方法，它表现出了许多优于其 他手术的优势(Liang and Wang 2007)。它具有热消融技术中共同的优点，例如弹性治疗 方法，良好的耐受性，可预测消融范围大小且重复性好。和当前世界上普遍采用的射频消融 技术相比，微波消融具有以下几个理论上的优势。第一，微波消融采用主动加热，而射频消 融是被动加热的。微波消融具有非常宽广的而不依赖组织的导电性的主动加热区域。微波 能量在活组织中的传输不受组织干燥及炭化的限制(SkirmenLizuka et al. 1998)。因此， 肿瘤内温度可以达到足够的高度从而保证创造一个足够大的消融区域，用较短的治疗时间 更彻底的灭活肿瘤。第二，血流的冷却原因可显著影响有效加热区域的热传导，但微波消融 较少受灌注介质的“热降”效应的影响(Wright，Sampson et al. 2005)，这样它可以更好地 灭活靠近血管的靶目标区域的肿瘤。第三，在射频消融中存在的电子干涉不会在数个微波 能量同时应用时出现(Wright，Lee et al. 2003)。这样可以很容易地在短治疗时间内通过 协同作用消融大的肿瘤。在微波消融手术中，到目前为止，大多数医生使用的手术规划是根据纯理论的推 理得来的，对于实际临床应用的指导性不大。所以，一个实用的针对真实患者的影像数据所 作出的准确的术前经皮手术路径规划是非常重要的。这种规划不仅需要能够准确的预测消 融范围，包括具体的温度场和损伤场，还需要精确地通过三维影像的方式反映出患者器官 和肿瘤的真正的解剖结构。
技术实现思路
本专利技术旨在提出一种影像引导消融治疗手术规划装置，通过该装置，以三维影像 的方式反映出患者器官和肿瘤的真正的解剖结构，准确地预测消融范围，从而为实施消融 手术提供客观的参考。本专利技术的影像引导消融治疗手术规划装置，包括患者三维影像构建单元，用于根 据患者的CT或者MRI医学影像来得到患者的三维影像；影像显示单元，用于显示患者的三 维影像；手术路径输入单元，用于输入消融手术的进针点、角度、深度、功率以及消融持续时 间；微波能量场计算单元，用于计算单位时间单位体积将要消融的组织吸收的微波能量分布；温度场计算单元，以计算所得的微波能量场作为内部热源，计算将要消融的组织的温度 场分布；损伤场计算单元，用于计算将要消融的组织的热损伤区域；计算所得的热损伤区 域通过影像显示单元融合显示于患者的三维影像上。通过本专利技术的影像引导消融治疗手术规划装置，医生可以通过术前CT数据重建 患者骨骼及重要脏器的三维影像，并根据生物传热学原理精确计算手术将产生的损伤范 围，对手术的结果进行预判，依照预判的结果提前反复调整消融针的进针点、角度、深度、功 率和时间，得到最佳的进针点、角度、深度、功率和时间，提高手术的成功率，减小患者的手术痛苦。附图说明 从对说明本专利技术的主旨及其使用的优选实施例和附图的以下描述来看，本专利技术的 以上和其它目的、特点和优点将是显而易见的，在附图中图1是本专利技术的影像引导消融治疗手术规划装置的系统结构图；图2是应该本专利技术的影像引导消融治疗手术规划装置进行手术规划时的视图。具体实施例方式如图1所示为本专利技术的影像引导消融治疗手术规划装置的系统结构图。该影像引 导消融治疗手术规划装置包括患者三维影像构建单元，用于根据患者的CT或者MRI医学影 像来得到患者的三维影像；影像显示单元，用于显示患者的三维影像；手术路径输入单元， 用于输入消融手术的进针点、角度、深度、功率以及消融持续时间；微波能量场计算单元，用 于计算单位时间单位体积将要消融的组织吸收的微波能量分布；温度场计算单元，以计算 所得的微波能量场作为内部热源，计算将要消融的组织的温度场分布；损伤场计算单元，用 于计算将要消融的组织的热损伤区域；计算所得的热损伤区域通过影像显示单元融合显示 于患者的三维影像上。患者三维影像构建单元将根据术前患者的CT或MRI医学影像得到 的患者的三维影像显示到影像显示单元，医生基于所显示的患者的三维影像，通过手术路 径输入单元来输入消融手术的进针点、角度、深度、功率以及消融持续时间；根据所输入的 手术路径，微波能量场计算单元计算得到单位时间单位体积将要消融的组织吸收的微波能 量分布；以微波能量场作为内部热源，温度场计算单元计算得到温度场分布；基于计算所 得的温度场分布，损伤场计算单元，计算得到消融的组织的热损伤区域；计算所得的热损伤 区域通过影像显示单元融合显示于患者的三维影像上，以供医生判断该手术路径下消融的 效果。在这里，影像显示单元为显示器。手术路径输入单元为鼠标、键盘、或触摸板、手写 板等。患者三维影像构建单元在手术规划过程中，通过医学图像的三维可视化来准确 地显示患者病灶所在区域的解剖结构。该患者三维影像构建单元为可编程图形处理器 GPU(Graphic Processing Unit)，GPU通过体绘制的方法来构建患者的三维影像。体绘制是最常用的一种可视化方法，它的主要思想是，从成像平面上每个像素点 出发，沿视线方向(也就是由观察点指向屏幕上像素点的方向)发出一条射线，该射线穿 过三维数据场，沿该射线选择若干个等距采样点，采样点的颜色和不透明度可以通过由离该采样点邻近的体素的颜色值及不透明度值做三线性插值得到。在求该条射线上所有采样 点的不透明度值及颜色值后，采用由后到前或由前到后的方法将每一采样点的颜色及不透 明度进行混合，从而计算出屏幕上该像素点处的颜色值。传统的体绘制方法往往使用基于 CPU的串行算法来完成计算，计算效率受到比较大的局限，难以达到动态人机交互中的实时 渲染，从而难以实际运用于临床手术规划。随着3D图形硬件的不断发展，可编程图形处理器GPUteraphicProcessing Unit) 已经发展成为一种高度并行化的多线程、众核处理器。相对CPU而言，它具有杰出的计算 能力。CPU和GPU之间浮点能力之所以存在这样的差异，原因就在于GPU专为计算密集型、 高度并行化的计算而设计，GPU的设计将更多的晶体管用于数据处理，而非数据缓存和流控 制。更具体的说，GPU专用于解决可表示为数据并行计算的问题，在许多数据元素上并行执 行的程序，具有极高的计算密度，因而可以极大地提高相应程序的计算效率。本专利技术有效利 用GPU并行计算能力来加速体绘制的渲染过程，大幅提高了三维可视化的速度和精度，为 高分辨率三维场景中的实时渲染和人机交互操作提供了可能，从而可以显著地减少手术规 划的所需时间，极大地提高了手术规划的效率。在进行GPU绘制之前，首先需要创建两组用于渲染的纹理数据。第一组是显存中的三本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种影像引导消融治疗手术规划装置，包括：患者三维影像构建单元，用于根据患者的ＣＴ或者ＭＲＩ医学影像来得到患者的三维影像；影像显示单元，用于显示患者的三维影像；手术路径输入单元，用于输入消融手术的进针点、角度、深度、功率以及消融持续时间；微波能量场计算单元，用于计算单位时间单位体积将要消融的组织吸收的微波能量分布；温度场计算单元，以计算所得的微波能量场作为内部热源，计算将要消融的组织的温度场分布；损伤场计算单元，用于计算将要消融的组织的热损伤区域；计算所得的热损伤区域通过影像显示单元融合显示于患者的三维影像上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：盛林，
申请(专利权)人：盛林，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]