[發明專利]一種基于單針實測的生物組織特性參數表征方法

在審

• 申請號: 201710719730.0
• 申請日: 2017-08-21
• 公開（公告）號: CN107578820A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 吳水才;王笑茹;夏秋實;高宏建;周著黃
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G16H50/50
• 分類號: G16H50/50;G06F17/50
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明涉及一種基于單針實測的生物組織特性參數表征方法，尤其是利用擬合公式獲得射頻消融過程中生物組織敏感性特性參數的精確表征形式。

背景技術

肝腫瘤是人類生命安全的最大威脅之一，在中國是腫瘤導致死亡的第二殺手，因此肝腫瘤的有效治療已成為亟待解決的社會問題。目前，射頻熱消融技術因微創、治療效果顯著等優點而在醫院中得到了廣泛應用，已成為治療人體肝腫瘤行之有效的方法，但熱消融的質量仍主要取決于臨床醫生的經驗，缺乏客觀依據。在臨床手術中，肝腫瘤的熱凝固區常采用54℃作為邊界閾值。因此，需要熱消融溫度場的精確表征以提高熱消融手術的科學性。

目前，通常采用有限元仿真技術來獲得腫瘤消融區域的溫度場分布情況。腫瘤加熱過程中會導致生物組織特性參數發生改變，但特性參數如何影響溫度場模型仍是未知的。目前，在溫度場仿真模型的常規研究中，通常無法獲得模型參數隨溫度的實際變化，模型參數一般根據參考文獻采用固定值，從而導致仿真溫度的精度參差不齊。公開號為CN102008351A的專利公開了一種射頻損毀儀溫度場分布的獲取方法，其獲得了特定中心溫度下的溫度場分布函數，具有一定的便捷性，但未考慮到消融過程會導致生物組織特性參數發生變化，不能較好地應用于臨床。公開號為CN103800075A的專利公開了一種基于肝臟腫瘤消融術的患者特定建模的方法和系統，在建模過程中對組織特性參數取為固定值，這不符合實際情況。因此，溫度場模型中特性參數的特異性分析和精確表征仍是溫度場仿真領域亟待解決的技術。

發明內容

針對現有技術中因生物組織特性參數的不確定性而導致無法精確獲得溫度場分布的問題，本發明提出了一種基于單針實測的生物組織特性參數表征方法，通過參數敏感性分析和單針實測獲得組織特性參數的精確表征形式并進而通過仿真技術獲得射頻熱消融過程中的精確溫度場模型。

應用本發明的前提是：利用恒溫熱消融儀RFA-I(Blade Co.,Ltd.,Beijing,China)和仿肝組織體模獲得熱消融實驗數據；通過COMSOL Multiphysics軟件(COMSOL Inc.,Palo Alto,CA, USA)獲得溫度場仿真數據；利用Minitab軟件(State College,PA,USA)中的因子分析(DOE) 來研究各特性參數(生物組織電阻(R)、比熱容(Cp)、電導率(Sigma)、導熱率(K) 和相對介電常數(Epsilon))的敏感性，為后續反饋工作提供可靠依據。

本發明采取的技術方案是：首先通過射頻傘形電極熱消融實驗獲得七個點的實測溫度；在COMSOL軟件中采用經典的麥克斯韋電磁方程和Pennes傳熱方程建立熱消融仿真模型；利用Minitab軟件中的DOE因子設計實驗對各特性參數進行敏感性分析，獲得參數對溫度的影響貢獻率SS％；基于參數在不同時刻的SS％對參數進行特異性反饋調節，由此獲得各參數的最優表達形式，通過單針實測數據的反饋調節獲得最優的函數表達；最后通過對比仿真數據和實驗數據，驗證此技術的可行性。

一種基于單針實測的生物組織特性參數精確表征方法，包括如下步驟：

步驟1，通過射頻熱消融實驗，得到功率分布函數；

步驟2，在COMSOL Multiphysics軟件中設置預設初始條件和邊界條件，建立射頻溫度場仿真模型；

步驟3，對生物組織特性參數進行敏感性分析；

步驟4，基于參數敏感性分析結果，利用單針實測數據獲得敏感性參數的精確表征函數；

步驟5，利用獲得的特性參數的精確表征函數進行溫度場仿真，并與實測數據進行對比以驗證溫度場分布模型的精確性。

一種基于單針實測的生物組織特性參數精確表征方法，包括如下步驟：

步驟1，通過RFA-I消融儀傘形電極和仿肝組織體模進行熱消融實驗，消融時間為6分鐘，中心電極恒定溫度為90℃，溫升速率為30℃/分鐘，

步驟1.1，在熱消融實驗中，對消融區的七個點進行實測，獲得實測溫度，選取P1點作為反饋點，利用1-6點實測溫度與仿真溫度進行對比，驗證仿真模型的可靠性；

步驟1.2，導出熱消融期間的功率數據，利用擬合軟件1stOpt(7D-Soft High Technology Inc., Beijing,China)對功率數據進行擬合，獲得功率P隨時間t的變化函數P(t)；