【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗器械，具体涉及一种闭环肺部肿瘤电场治疗系统。
技术介绍
1、肿瘤治疗电场（tumor-treating fields，ttfields）是一种新型的无创癌症疗法。通过离体实验发现，对肿瘤细胞施加低强度（1-3 v/cm）的中频（100-300 khz）交变电场，可以达到抑制肿瘤细胞分裂、阻碍肿瘤细胞生长恶化的效果。目前普遍认为，肿瘤治疗电场的作用机制主要在于中频低强度的交变电场可以干扰肿瘤细胞的有丝分裂，从而影响肿瘤细胞的分裂周期。对于肿瘤细胞分散、难以手术切除的肿瘤类型，肿瘤治疗电场疗法表现出更高的有效性。
2、在肿瘤电场治疗过程中，电场在组织中的空间分布是影响肿瘤治疗效果的关键因素。然而，在对肺部肿瘤进行电场治疗时，不同的呼吸状态会导致肺部组织的电导率分布出现明显的差异，从而显著影响电场在肺部组织中的空间分布，最终影响肿瘤治疗电场的效果。传统的肿瘤电场治疗方式的治疗参数并不会依据肺部的呼吸状态进行动态参数调整，这严重影响了治疗效果。此外，由于肿瘤细胞不断增殖以及在治疗过程中肿瘤大小和形状也会不断变化，因此在现有的肿瘤治疗过程中往往需要患者定期进行mri或ct扫描，这样就会出现成本较高、费时费力的问题，无法做到实时肿瘤进展监控。同时，在治疗肿瘤过程中需要判断是否是肿瘤复发或假性进展，一般的mri无法有效判断，且相关影像学检查存在成本高等问题。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提供一种闭环肺部肿瘤电场治疗系统及方法。所述系统通过呼吸相位监测单
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种闭环肺部肿瘤电场治疗系统，其包括电源单元、中央控制单元、信号发生单元、功率放大单元、输出分配单元、电极单元、电压采集单元、电阻抗图像重建单元、温度检测单元、电流检测单元和呼吸相位监测单元；
4、所述电源单元用于为整个系统供电；
5、所述中央控制单元用于控制整个系统的运行；
6、所述信号发生单元用于生成肿瘤治疗电场和电阻抗成像时的信号波形；
7、所述功率放大单元用于放大信号发生单元产生的信号；
8、所述输出分配单元用于将功率放大单元输出的信号分配给所述电极单元中的电极对；
9、所述电压采集单元用于采集电极单元中各电极对之间的电势差；
10、所述电阻抗图像重建单元用于根据电压采集单元的采集结果进行电阻抗的测量和电阻抗图像的重建；
11、所述温度检测单元用于检测系统运行时电极接触表面的温度并传递给中央控制单元，由中央控制单元对电极温度进行反馈控制；
12、所述电流检测单元用于检测系统运行时电极的输出电流并传递给中央控制单元，由中央控制单元对电极电流进行反馈控制；
13、所述呼吸相位监测单元用于获取电阻抗图像重建单元的重建结果，进而监测肺部实时呼吸相位状态，并将监测结果实时反馈至所述中央控制单元中，由所述中央控制单元根据肺部实时呼吸相位状态对电极单元中的电极电流进行调整，使其达到至最优电极电流配置，实现肺部肿瘤治疗电场的动态治疗参数调整。
14、作为优选，所述系统中，所述中央控制单元获取肺部实时呼吸相位状态后，通过在线执行电极优化算法，得到当前呼吸相位状态所对应的最优电极电流配置，然后根据最优电极电流配置对所述电极单元中的电极电流进行调整。
15、作为优选，所述系统中，所述中央控制单元获取肺部实时呼吸相位状态后，从预先通过电极优化算法得到的离线优化结果中调取当前呼吸相位状态所对应的最优电极电流配置，然后根据最优电极电流配置对所述电极单元中的电极电流进行调整。
16、作为优选，所述电极优化算法用于得到不同呼吸相位状态下的最优电极电流配置，具体方法如下：
17、首先通过有限元建模方式基于治疗对象的肺部ct图像建立肺部动态仿真模型，并将一个完整的呼吸过程建模为一系列离散的呼吸相位状态；然后按照所述电极单元中的电极对布置方式在肺部动态仿真模型中的胸腔外围放置相应的电极对，构建形成肺部动态肿瘤治疗电场模型；再对在不同呼吸相位状态下肺部动态肿瘤治疗电场模型内的不同组织分别赋予不同的电导率；最后针对每个待优化的呼吸相位状态，以保持电场聚焦性的情况下增强肺内肿瘤处的电场为优化目标，通过优化算法对肺部动态仿真模型中各电极的电流参数进行优化，得到每个待优化的呼吸相位状态下对应的最优电极电流配置，从而实现更精准有效的肺内治疗电场分布。
18、作为优选，所述电极优化算法中，首先获得将输入电流映射到感应电场强度的导联场矩阵，不同的呼吸阶段均对应不同的导联场矩阵；然后以肺内肿瘤的位置坐标作为优化的目标靶点坐标，优化算法的目标函数为肿瘤内所有有限元节点的电场强度总和减去加权后的肿瘤处电场聚焦度，其中肿瘤内每个有限元节点的电场强度由该有限元节点对应的电极导联场矩阵分量和电极的电流相乘得到，通过调整加权权重来控制优化结果中反映肿瘤处电场强度和电场聚焦性的比重；所述肿瘤处电场聚焦度为模型中肿瘤所在的局部区域内所有节点的电场强度之和；在优化过程中，满足相应的电流安全约束和电极数量约束条件下，通过最大化所述目标函数，获得所有电极的最优电极电流配置。
19、作为优选，所述中央控制单元中所执行的通过监测当前呼吸相位状态进行肺部肿瘤治疗电场的动态治疗参数调整过程如下：
20、所述中央控制单元获取预先设定的肿瘤治疗电场需要的输出信号频率，控制所述信号发生单元根据输出信号频率产生低幅的相应频率的信号波形，再由所述功率放大单元放大所述信号发生单元产生的信号波形，并传递给输出分配单元用于产生输出电流；同时，所述中央控制单元通过呼吸相位监测单元获取当前时刻的呼吸相位状态，由输出分配单元获取当前呼吸相位状态下对应的最优电极电流配置；最后在中央控制单元控制下，将输出电流按照该最优电极电流配置分配给电极单元中指定的电极，以建立肿瘤治疗电场。
21、作为优选，所述电极单元由多个圆形陶瓷电极组成，且电极数量大于等于4个，可复用于电阻抗成像与肿瘤电场治疗。
22、作为优选，所述圆形陶瓷电极贴合皮肤一面设置有凹槽，所述温度检测单元中的温度传感器放置于每个圆形陶瓷电极的凹槽中。
23、作为优选，所述中央控制单元中存储有安全温度控制规则，温度检测单元中由温度传感器测量得到电极表面与组织接触面之间的温度后，将温度信息传递给中央控制单元，当检测到的温度超过安全温度时，通过调整电极单元中的电极电流实现降温。
24、作为优选，所述中央控制单元中存储有安全电流控制规则，所述电流检测单元测量得到电极的输出电流后，将电流信息传递给中央控制单元，保证电极单元对组本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种闭环肺部肿瘤电场治疗系统，其特征在于，包括电源单元、中央控制单元、信号发生单元、功率放大单元、输出分配单元、电极单元、电压采集单元、电阻抗图像重建单元、温度检测单元、电流检测单元和呼吸相位监测单元；
2.根据权利要求1所述的闭环肺部肿瘤电场治疗系统，其特征在于：所述系统中，所述中央控制单元获取肺部实时呼吸相位状态后，通过在线执行电极优化算法，得到当前呼吸相位状态所对应的最优电极电流配置，然后根据最优电极电流配置对所述电极单元中的电极电流进行调整。
3.根据权利要求1所述的闭环肺部肿瘤电场治疗系统，其特征在于：所述系统中，所述中央控制单元获取肺部实时呼吸相位状态后，从预先通过电极优化算法得到的离线优化结果中调取当前呼吸相位状态所对应的最优电极电流配置，然后根据最优电极电流配置对所述电极单元中的电极电流进行调整。
4.根据权利要求2或3所述的闭环肺部肿瘤电场治疗系统，其特征在于：所述电极优化算法用于得到不同呼吸相位状态下的最优电极电流配置，具体方法如下：
5.根据权利要求4所述的闭环肺部肿瘤电场治疗系统，其特征在于：所述电极优化
6.根据权利要求1所述的闭环肺部肿瘤电场治疗系统，其特征在于：所述中央控制单元中所执行的通过监测当前呼吸相位状态进行肺部肿瘤治疗电场的动态治疗参数调整过程如下：
7.根据权利要求1所述的闭环肺部肿瘤电场治疗系统，其特征在于：所述电极单元由多个圆形陶瓷电极组成，且电极数量大于等于4个。
8.根据权利要求7所述的闭环肺部肿瘤电场治疗系统，其特征在于：所述圆形陶瓷电极贴合皮肤一面设置有凹槽，所述温度检测单元中的温度传感器放置于每个圆形陶瓷电极的凹槽中。
9.根据权利要求1所述的闭环肺部肿瘤电场治疗系统，其特征在于：所述中央控制单元中存储有安全温度控制规则，温度检测单元中由温度传感器测量得到电极表面与组织接触面之间的温度后，将温度信息传递给中央控制单元，当检测到的温度超过安全温度时，通过调整电极单元中的电极电流实现降温。
10.根据权利要求1所述的闭环肺部肿瘤电场治疗系统，其特征在于：所述中央控制单元中存储有安全电流控制规则，所述电流检测单元测量得到电极的输出电流后，将电流信息传递给中央控制单元，保证电极单元对组织输出的电流值不超过安全电流范围。
...【技术特征摘要】
1.一种闭环肺部肿瘤电场治疗系统，其特征在于，包括电源单元、中央控制单元、信号发生单元、功率放大单元、输出分配单元、电极单元、电压采集单元、电阻抗图像重建单元、温度检测单元、电流检测单元和呼吸相位监测单元；
2.根据权利要求1所述的闭环肺部肿瘤电场治疗系统，其特征在于：所述系统中，所述中央控制单元获取肺部实时呼吸相位状态后，通过在线执行电极优化算法，得到当前呼吸相位状态所对应的最优电极电流配置，然后根据最优电极电流配置对所述电极单元中的电极电流进行调整。
3.根据权利要求1所述的闭环肺部肿瘤电场治疗系统，其特征在于：所述系统中，所述中央控制单元获取肺部实时呼吸相位状态后，从预先通过电极优化算法得到的离线优化结果中调取当前呼吸相位状态所对应的最优电极电流配置，然后根据最优电极电流配置对所述电极单元中的电极电流进行调整。
4.根据权利要求2或3所述的闭环肺部肿瘤电场治疗系统，其特征在于：所述电极优化算法用于得到不同呼吸相位状态下的最优电极电流配置，具体方法如下：
5.根据权利要求4所述的闭环肺部肿瘤电场治疗系统，其特征在于：所述电极优化算法中，首先获得将输入电流映射到感应电场强度的导联场矩阵，不同的呼吸阶段均对应不同的导联场矩阵；然后以肺内肿瘤的位置坐标作为优化的目标靶点坐标，优化算法的目标函数为肿瘤内所有有限元节点的电场强度总和减去加权后的肿瘤处电场聚焦度，其中肿瘤内每个有限元节点的电场强度由该有限元节点对应的电极导联场矩阵分量...
【专利技术属性】
技术研发人员：王敏敏，钮罗涌，谢旭，兰悦，万桂华，朱丽莹，张茂懋，潘赟，张韶岷，陈光弟，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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