[發(fā)明專利]一種利用橢球覆蓋腫瘤精確模擬射頻消融技術(shù)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610583439.0
• 申請日: 2016-07-21
• 公開（公告）號: CN105997245B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔德興;陳仁棟
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州奧視圖像技術(shù)有限公司
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10;A61B34/20;A61B18/12;A61B18/14;G06T7/60;G06T5/30;G06K9/62
• 代理公司: 杭州中成專利事務(wù)所有限公司33212
• 代理人: 周世駿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于肝臟腫瘤射頻消融技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用橢球覆蓋腫瘤精確模擬射頻消融技術(shù)的方法。

背景技術(shù)

腫瘤射頻消融術(shù)是近年來興起的實(shí)體腫瘤的微創(chuàng)治療新技術(shù)。與傳統(tǒng)治療相比具有療效高、創(chuàng)傷小、痛苦小、恢復(fù)快、風(fēng)險(xiǎn)小、適應(yīng)癥廣等優(yōu)點(diǎn)，被國內(nèi)外專家稱為綠色治療技術(shù)。腫瘤細(xì)胞對熱的耐受能力比正常細(xì)胞差，局部加溫至39-40℃便可使其停止分裂，達(dá)到41-42℃時(shí)可致癌細(xì)胞死亡或引起其DNA損傷，49℃以上發(fā)生不可逆的細(xì)胞損傷。

集束射頻電極發(fā)射高頻率射頻波，激發(fā)組織細(xì)胞進(jìn)行等離子震蕩，所產(chǎn)生的熱量可使局部溫度達(dá)到90℃以上，從而快速有效地殺死腫瘤細(xì)胞。該技術(shù)的原理是在CT、彩色B超的引導(dǎo)下，將多極子母針消融電極準(zhǔn)確刺入腫瘤部位，射頻消融儀在電子計(jì)算機(jī)控制下將射頻脈沖能量通過多極針傳導(dǎo)到腫瘤組織中，使腫瘤組織產(chǎn)生局部70-95℃高溫，從而達(dá)到使腫瘤組織及其鄰近的可能被擴(kuò)散的組織凝固壞死的目的，壞死組織在原位被機(jī)化或吸收。射頻消融治療腫瘤的手術(shù)過程中，醫(yī)生要求在完全燒死腫瘤細(xì)胞的前提下盡可能少的破壞周圍健康的組織。

目前，射頻消融治療惡性腫瘤影響效果最顯著的因素是腫瘤消融不全，其與腫瘤大小及射頻消融穿刺路徑密切相關(guān)，多項(xiàng)研究證實(shí)了射頻后原位復(fù)發(fā)率較高是由于無法精確定位及精確消融所致。因此，生產(chǎn)出可以輔助精確定位射頻消融的圖形處理系統(tǒng)，建立射頻消融的優(yōu)化路徑，提高射頻消融的效率，為醫(yī)生制定相應(yīng)的精確消融手術(shù)方案提供技術(shù)支持，具有廣闊的應(yīng)用前景和積極意義。

射頻消融效果的好壞很大程度上依賴于腫瘤的大小、位置以及操作者的經(jīng)驗(yàn)。傳統(tǒng)射頻消融手術(shù)是在二維超聲引導(dǎo)下進(jìn)行的，由于超聲導(dǎo)航具有成像模糊以及局部性的特點(diǎn)，所以目標(biāo)腫瘤的一些整體信息，比如腫瘤大小，形狀等難以在術(shù)中準(zhǔn)確把握，容易導(dǎo)致病灶消融不完全的特點(diǎn)，而這也是造成癌細(xì)胞復(fù)發(fā)的一個(gè)最重要的原因之一。因此，精確的術(shù)前規(guī)劃以及三維導(dǎo)航技術(shù)對射頻消融具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種能夠在射頻消融治療腫瘤過程中，精確模擬最小消融范圍并提供最少消融次數(shù)和最優(yōu)進(jìn)針路徑的方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是：

提供一種利用橢球覆蓋腫瘤精確模擬射頻消融技術(shù)的方法，具體包括下述過程：

(一)對腫瘤圖像進(jìn)行預(yù)處理；

(二)在一個(gè)合理的約束條件下將腫瘤圖像聚類成橢球形的若干子類；

(三)對得到的每一類求其最小覆蓋橢球；

(四)利用過程(二)、(三)自動確定最小覆蓋橢球個(gè)數(shù)，給出初始射頻方案；

(五)確定圓錐形可調(diào)區(qū)域，手動調(diào)節(jié)初始射頻方向，使其完全避開大血管和肋骨，完成最終射頻方案制定；

一般來說，單極射頻針的消融范圍近似于一個(gè)橢球，傘形射頻針的消融范圍更接近一個(gè)圓球，由于單極射頻針在肝臟射頻消融中更常用，并且圓球可看做特殊的橢球，本發(fā)明利用橢球模擬單針消融區(qū)域；消融區(qū)域大小由射頻針的規(guī)格和電發(fā)生器的輸出功率以及射頻時(shí)間決定；在固定輸出功率、射頻針規(guī)格以及射頻時(shí)間的情況下，此區(qū)域的大小可由活體或者離體動物實(shí)驗(yàn)獲得；本發(fā)明中橢球形消融區(qū)域(以下統(tǒng)稱消融橢球)的長短半軸大小為兩個(gè)可調(diào)節(jié)的參數(shù)，對于需要多次消融的大腫瘤，其進(jìn)針方式假設(shè)為利用一根射頻針逐次進(jìn)行消融，因此，不同消融區(qū)域的熱交換忽略不計(jì)；

所述過程(一)中，腫瘤圖像為三維體素圖像，圖像包括分割好的皮膚、骨骼、肝臟、腫瘤、大血管，其中，大血管是指直徑大于3毫米的血管：

對腫瘤圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括對腫瘤、血管以及腹部皮膚進(jìn)行處理，具體為：首先，利用膨脹算法，將腫瘤圖像邊緣擴(kuò)大4～6毫米作為安全邊界，作為新的目標(biāo)腫瘤圖像；其次，腐蝕掉安全邊界中距離大血管小于1毫米的區(qū)域，并在腐蝕過程中保證腫瘤區(qū)域完好無損；最后，(根據(jù)醫(yī)生需求)在分割好的皮膚上限定一個(gè)(合理的)進(jìn)針范圍，且進(jìn)針范圍是一個(gè)獨(dú)立的連通區(qū)域；

所述過程(二)具體包括下述步驟：

步驟A：預(yù)測單針消融次數(shù)，假設(shè)經(jīng)過預(yù)處理之后新的目標(biāo)腫瘤圖像的最小凸包體積為V₁，消融橢球的體積為V₂，則預(yù)測得到的單針消融次數(shù)為：其中，為向上取整符號；同時(shí)，令聚類個(gè)數(shù)

步驟B：確定初始聚類中心，若聚類個(gè)數(shù)K＝1，則任取一個(gè)屬于目標(biāo)腫瘤圖像的體素點(diǎn)作為聚類中心；若K＞1，選取歐式距離之和最遠(yuǎn)的K個(gè)體素點(diǎn)作為聚類中心；