[發明專利]針對腫瘤熱消融的術前消融區域模擬方法及裝置

有效

• 申請號: 202010894336.2
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN111973271B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 付天宇;楊健;宋紅;米龍哲;范敬凡
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10
• 代理公司: 北京市中聞律師事務所 11388
• 代理人: 馮夢洪

1.針對腫瘤熱消融的術前消融區域模擬方法，其特征在于：其包括以下步驟：

(1)選擇適用于訓練的數據，醫生對術前術后影像進行標注，獲得術前肝臟、術后消融區域以及針道；

(2)將術后影像向術前影像配準，在配準過程中加入剛性限制，使得消融區域與針道區域不發生彈性形變，利用配準得到的形變場將針道信息與消融區域投影到術前圖像上；

(3)根據投影后的針道方向和位置信息以及對應的術中采用的功率時間生成理想熱場分布圖；

(4)建立卷積神經網絡，將理想熱場分布圖與術前圖像根據術前肝臟掩模進行裁剪，將裁剪結果合并作為網絡輸入，以形變后的消融區域作為金標準進行學習，獲得回歸模型，在測試階段實現對消融區域的預測。

2.根據權利要求1所述的針對腫瘤熱消融的術前消融區域模擬方法，其特征在于：所述步驟(1)中，醫生對術前術后影像進行標注的及后續配準、預測訓練的影像均處于靜脈期，靜脈期內肝臟血管相比其他期與肝臟的對比度更強；對于肝臟與消融區域標注時將它們的輪廓畫出；針道的標注則是在術后影像上標記消融針的針尖點以及消融針與消融區域的交點世界坐標，由于消融針近乎于剛體，將其視為術后圖像中的穿過兩個標記點的射線，其中射線的頂點為針尖點。

3.根據權利要求2所述的針對腫瘤熱消融的術前消融區域模擬方法，其特征在于：所述步驟(1)中，標注完成后，分別獲得術前肝臟L與術后消融區域A掩模圖像，以及消融針擺放位置、方向參數。

4.根據權利要求3所述的針對腫瘤熱消融的術前消融區域模擬方法，其特征在于：所述步驟(2)包括以下分步驟：

(2.1)術后影像向術前影像進行剛性配準，通過剛性配準消除由病人位姿產生的平移、旋轉的差異，剛性配準后獲得形變矩陣；

(2.2)采用非剛性配準算法求解肝臟區域內形變場進一步減少術前術后影像間的差異。

5.根據權利要求4所述的針對腫瘤熱消融的術前消融區域模擬方法，其特征在于：所述步驟(2.2)中，為了避免消融區域與針道變形，在配準過程中保持消融區域與針道為剛體；對于消融區域，在配準過程中通過剛性限制項保持其剛體；對于消融針，由于標記點均在消融區域內，因此消融區域的剛性限制也使得消融針在配準過程中保持為剛體。

6.根據權利要求5所述的針對腫瘤熱消融的術前消融區域模擬方法，其特征在于：所述步驟(3)中，理想SAR模型產生的熱場為以消融針為軸對稱的分布，根據形變后消融針信息與理想SAR分布模型，獲得熱場圖像。

7.根據權利要求6所述的針對腫瘤熱消融的術前消融區域模擬方法，其特征在于：所述步驟(4)中，采用U-Net網絡實現消融區域的預測，輸入的數據為術前MR圖像與熱場圖像的合并圖像，形變后的消融區域掩模圖像將作為金標準，術前靜脈期影像提供重要的血管、肝臟腫瘤特性信息，而熱場圖像則提供重要的消融針特性信息。

8.根據權利要求7所述的針對腫瘤熱消融的術前消融區域模擬方法，其特征在于：所述步驟(4)中，利用標注好的肝臟掩膜對術前圖像與熱場圖像進行剪裁，并且以預測的消融區域與真實消融區域之間的重疊率作為損失函數loss。

9.針對腫瘤熱消融的術前消融區域模擬裝置，其特征在于：其包括：標注模塊，其配置來選擇適用于訓練的數據，醫生對術前術后影像進行標注，獲得術前肝臟、術后消融區域以及針道；

配準模塊，其配置來將術后影像向術前影像配準，在配準過程中加入剛性限制，使得消融區域與針道區域不發生彈性形變，利用配準得到的形變場將針道信息與消融區域投影到術前圖像上；

熱場圖生成模塊，其配置來根據投影后的針道方向和位置信息以及對應的術中采用的功率時間生成理想熱場分布圖；

深度學習模塊，其配置來建立卷積神經網絡，將理想熱場分布圖與術前圖像根據術前肝臟掩模進行裁剪，將裁剪結果合并作為網絡輸入，以形變后的消融區域作為金標準進行學習，獲得回歸模型，在測試階段實現對消融區域的預測。