[發明專利]腫瘤熱消融手術智能仿真模型訓練系統、訓練方法

在審

• 申請號: 202011127359.7
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112562859A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 肖熠;應葵
• 申請（專利權）人: 應葵;清華大學
• 主分類號: G16H50/50
• 分類號: G16H50/50;G16H20/40;G16H30/20;G06N3/08
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 邵泳城

本申請公開了一種腫瘤熱消融手術智能仿真模型訓練系統、訓練方法。腫瘤熱消融手術智能仿真模型訓練系統包括：影像模塊，用于采集患者腫瘤病變處的醫學圖像；三維建模模塊，用于處理醫學圖像以獲取人體內部器官組織的三維模型；仿真系統，用于獲取三維模型及手術需要的熱源模型，根據三維模型及熱源模型模擬實際手術的插入熱源和加熱過程并獲取消融范圍和溫度場分布。本申請實施方式的腫瘤熱消融手術智能仿真模型訓練系統、訓練方法通過采集醫學圖像并建立三維模型，建模速度快，模型尺寸與位置準確，更適合應用于實際中的術前仿真。

技術領域

本申請涉及醫療仿真模型技術領域，特別涉及一種腫瘤熱消融手術智能仿真模型訓練系統、訓練方法。

背景技術

目前微波消融手術在術前設計手術階段，主要是醫生根據醫學掃描圖像，想象人體內部結構，根據臨床經驗設計手術方案。考慮到世界上個別手術，已經采用了計算機建模的方式來完成術前仿真，微波消融手術的術前仿真建模技術也受到了廣泛關注。

利用計算機對微波消融手術建模在國內有一定的研究，但是仿真模型重點都放在了仿真手術中的溫度場計算，卻很少關注如何得到仿真模型所必須的三維人體結構。相反，大部分仿真模型只是籠統地提供了溫度場的算法，采用的是大量簡化后的人體建模，與實際情況相距甚遠。而這些仿真模型想要應用于臨床手術，首先要解決的就是人體內的三維建模，并且需要保證建模的準確性，這樣才對實際手術有幫助。

發明內容

本申請提供一種腫瘤熱消融手術智能仿真模型訓練系統、訓練方法。

本申請實施方式的腫瘤熱消融手術智能仿真模型訓練系統包括：影像模塊，用于采集患者腫瘤病變處的醫學圖像；三維建模模塊，用于處理所述醫學圖像以獲取人體內部器官組織的三維模型；仿真系統，用于獲取所述三維模型及手術需要的熱源模型，根據所述三維模型及所述熱源模型模擬實際手術的插入熱源和加熱過程并獲取消融范圍和溫度場分布。

在某些實施方式中，所述醫學圖像為磁共振圖像。

在某些實施方式中，所述三維建模模塊用于利用神經網絡提取所述醫學圖像中的人體結構信息以獲得人體內部器官組織的三維結構與位置，并根據所述人體內部器官組織的三維結構與位置建立所述三維模型。

在某些實施方式中，所述仿真系統用于設定所述三維模型的熱導率和血液灌注速率，及設計熱源插入所述三維模型的路徑和最終位置，并設置熱源加熱參數。

在某些實施方式中，所述仿真系統用于對加熱后的溫度計算采用有限元分析方法來獲取所述消融范圍和所述溫度場分布。

在某些實施方式中，所述仿真系統用于將所述三維模型網格化，分成多個離散單元，根據每一個所述離散單元的初始溫度參數和所述熱源的加熱參數，推導出每一個所述離散單元隨時間變化的溫度值，并獲取整個所述三維模型隨時間變化的溫度場分布。

在某些實施方式中，所述仿真系統用于根據預設的有效消滅腫瘤的溫度閾值，在所述三維模型的溫度場分布中以所述溫度閾值為邊界，計算出有效消融范圍。

本申請實施方式的腫瘤熱消融手術智能仿真模型訓練方法包括：采集患者腫瘤病變處的醫學圖像；處理所述醫學圖像以獲取人體內部器官組織的三維模型；獲取所述三維模型及手術需要的熱源模型，根據所述三維模型及所述熱源模型模擬實際手術的插入熱源和加熱過程并獲取消融范圍和溫度場分布。

在某些實施方式中，所述腫瘤熱消融手術智能仿真模型訓練方法，處理所述醫學圖像以獲取人體內部器官組織的三維模型，所述訓練包括：利用神經網絡提取所述醫學圖像中的人體結構信息以獲得人體內部器官組織的三維結構與位置；根據所述人體內部器官組織的三維結構與位置建立所述三維模型。

在某些實施方式中，所述訓練方法包括：設定所述三維模型的熱導率和血液灌注速率，及設計熱源插入所述三維模型的路徑和最終位置，并設置熱源加熱參數。