[發明專利]用于射頻消融療法的交互式患者特定仿真的系統和方法

有效

• 申請號: 201480010589.1
• 申請日: 2014-02-24
• 公開（公告）號: CN105208957B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: C.奧迪吉爾;T.曼西;V.米哈勒夫;A.卡門;D.科馬尼丘;P.沙馬;S.拉帕拉
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: A61B18/12
• 分類號: A61B18/12;A61B90/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張凌苗;劉春元

公開了用于肝臟腫瘤消融的交互式患者特定仿真的方法和系統。從患者的3D醫學圖像數據估計肝臟和肝臟的循環系統的患者特定解剖模型。從肝臟的患者特定解剖模型生成計算域。基于患者特定解剖模型來仿真肝臟和肝臟的循環系統中的血流。基于虛擬消融探測器位置和所仿真的肝臟和肝臟的循環系統中的血流，通過使用格子玻爾茲曼方法（LBM）實現方式針對水平集表示上的每一個節點來求解生物熱方程來仿真由于消融所致的熱擴散。基于所仿真的熱擴散來計算肝臟中的細胞壞死。生成肝臟的所計算的壞死區和溫度圖的可視化。交互式地接收用戶輸入以修改虛擬消融探測器的位置，基于用戶輸入來重新仿真熱擴散和細胞壞死，并且更新所計算的壞死區和溫度圖的可視化。

本申請要求享有2013年2月26日提交的美國臨時申請號61/769,409的優先權，其公開內容通過引用并入本文。

背景技術

本發明涉及消融療法計劃，并且更具體地涉及使用醫學成像數據的腫瘤消融的快速患者特定仿真。

不管癌癥療法中的最新進展如何，包括肝臟在內的腹部的原發性和轉移性腫瘤的治療仍舊是顯著的挑戰。例如肝細胞癌（HCC）是遍及世界遇到的最常見的惡性腫瘤之一（每年超過1百萬個病例），其由于C型肝炎的改變的發病率而在西方國家具有日益增加的頻率。對于原發性肝癌和肝轉移二者，肝臟切除術（部分肝切除術）是患有局限性疾病的患者中的當前優選的選項。在早期HCC的所選案例中，還可以考慮利用肝臟移植的完全肝切除術。不幸的是，患有原發性或繼發性肝癌的患者的少于25%是切除術或移植的候選人，這主要是由于腫瘤類型、位置或潛在的肝臟疾病所致。因此，日益增加的興趣聚焦于用于不可切除的肝臟腫瘤的治療的消融方案上。該技術使用完全局部原地腫瘤破壞，而不是摘除。各種方法已經用于對組織進行局部消融。射頻消融（RFA）被最常使用，但是也使用其它技術，包括乙醇注入、冷凍療法、不可逆電穿孔和微波消融。

通過將探測器（probe）放置在目標區域（腫瘤）內來執行RFA過程。探測器尖端處的電極產生熱，其被傳導到周圍組織中，導致50℃和100℃之間的溫度處的凝固性壞死。除了增加不可切除的患者中的符合肝癌的治愈性療法的條件的患者數目之外，局部組織消融具有顯著的優勢，因為其可以使用最小侵入的方案（包括經皮地和腹腔鏡地）來執行。

為了將探測器放置在目標位置處，醫生依靠諸如超聲之類的術中成像技術。然而，該過程的成功取決于探測器的最佳放置和關于循環系統的熱傳遞以及肝臟和腫瘤的組織性質。不同的放置可能具有不同的結果。消融的成功還受到耗散熱的肝血管的挑戰，因此潛在地降低RFA效率。

發明內容

本發明提供了用于腫瘤消融的交互式患者特定仿真的方法和系統。本發明的實施例聚焦于肝臟腫瘤并且對消融的影響進行建模，包括熱擴散、細胞壞死以及通過血管和肝臟的血流（blood flow）。從患者的術前醫學圖像（諸如計算機斷層掃描術（CT）或磁共振成像（MRI）圖像）開始，自動估計肝臟和靜脈系統的患者特定幾何結構。將針對患者的血管結構解釋為生物傳熱模型中的散熱器（heat sink）。本發明的實施例利用格子玻爾茲曼方法（LBM）來求解生物傳熱模型，所述格子玻爾茲曼方法提供高并行可縮放性、空間中的二階精度和均勻笛卡爾柵格上的實現方式的簡化性。LBM的使用允許高效交互式模型計算。生物傳熱模型耦合到計算流體動力學（CFD）解算器以精確地考慮血液循環對所耗散的熱的影響。細胞壞死模型被用于仿真由于過熱所致的細胞死亡，并且可以可視化所計算的壞死區域連同隨時間計算的溫度圖。

在本發明的一個實施例中，從患者的醫學圖像數據估計肝臟和肝臟的靜脈系統的患者特定解剖模型。從肝臟的患者特定解剖模型生成計算域。基于患者特定解剖模型來仿真肝臟和肝臟的循環系統中的血流。基于虛擬消融探測器位置和所仿真的肝臟和肝臟的循環系統中的血流，通過在計算域的多個節點中的每一個處求解生物熱方程來仿真由于消融所致的熱擴散。基于所仿真的熱擴散來計算肝臟中的細胞壞死并且基于所計算的細胞狀態更新組織參數。

通過參照以下詳細描述和附圖，本發明的這些和其它優點將對本領域普通技術人員顯而易見。

附圖說明