[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

針對腫瘤熱消融的術前消融區域模擬方法及裝置，方法包括：(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。

技術領域

本發明涉及醫學圖像處理的技術領域，尤其涉及一種針對腫瘤熱消融的術前消融區域模擬方法，以及針對腫瘤熱消融的術前消融區域模擬裝置，主要適用于基于深度學習引導的消融手術。

背景技術

微波消融手術過程中，醫生將消融針經皮穿刺置入組織病灶位置處，消融針前極處發射微波，周圍病灶組織受到微波輻射后溫度上升，當周圍病灶組織的熱損傷超過一定限制，其蛋白質失活，產生消融區域，從而實現腫瘤的治療。為了給醫生提供不同病人對應的最佳消融方法，實現個體化適形消融，需要在術前規劃階段，根據術前影像提供的腫瘤以及重要組織血管的位置，設計入針的位置和方向，并在此基礎上，模擬生成消融區域的范圍。通過比較消融區域與腫瘤的位置大小關系，調整入針的位置和方向，從而最終確定適用于該病人的最佳消融方案，并指導后續術中真實消融，提高整體手術效率。因此，在術前規劃中，根據消融針擺放位置方向，對消融區域大小形狀的預測是設計最佳消融方案的基礎。

消融區域成因復雜，其大小形狀不僅與消融針的功率時間相關，同時也受周圍血管的熱沉效應、組織腫瘤組織特性等復雜因素影響。當前，使用的消融區域生成模型分為橢球模型和基于組織的比吸收率Specific Absorption Rate(SAR)分布模型。對于第一種模型，是將消融區域近似為橢球，橢球長軸方向為消融針入針方向，而長軸短軸的大小可由用戶自定義或設定為經驗數值。而SAR分布模型則體現了組織吸收微波后升高的溫度，通過阿累尼烏斯方程計算熱損傷，則可以確定消融針產生的消融區域范圍。SAR分布模型與阿累尼烏斯熱損傷方程包含了組織和血液的密度和比熱，組織導熱率以及血液灌注率等參數。因此相比橢球模型，SAR分布模型包含了影響消融區域生成的重要因素。但是，SAR模型在計算血管熱沉效應時需要精確的血管分割結果，同時由于不同病人組織與血液的相關參數存在差異，并且這些參數的真實值很難獲取，因此SAR分布模型求解的消融區域與真實消融效果依然有較大差異。這嚴重降低了術前規劃對后續真實手術的臨床指導意義。

發明內容

為克服現有技術的缺陷，本發明要解決的技術問題是提供了一種針對腫瘤熱消融的術前消融區域模擬方法，其不僅避免了大量復雜參數的獲取以及血管等相關組織的分割，而且預測得到的消融區域更加接近真實消融效果，使術前規劃對后續真實手術具有臨床指導意義。

本發明的技術方案是：這種針對腫瘤熱消融的術前消融區域模擬方法，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。