[发明专利]一种利用椭球覆盖肿瘤精确模拟射频消融技术的方法

说明书

技术领域

本发明是关于肝脏肿瘤射频消融技术领域，特别涉及一种利用椭球覆盖肿瘤精确模拟射频消融技术的方法。

背景技术

肿瘤射频消融术是近年来兴起的实体肿瘤的微创治疗新技术。与传统治疗相比具有疗效高、创伤小、痛苦小、恢复快、风险小、适应症广等优点，被国内外专家称为绿色治疗技术。肿瘤细胞对热的耐受能力比正常细胞差，局部加温至39-40℃便可使其停止分裂，达到41-42℃时可致癌细胞死亡或引起其DNA损伤，49℃以上发生不可逆的细胞损伤。

集束射频电极发射高频率射频波，激发组织细胞进行等离子震荡，所产生的热量可使局部温度达到90℃以上，从而快速有效地杀死肿瘤细胞。该技术的原理是在CT、彩色B超的引导下，将多极子母针消融电极准确刺入肿瘤部位，射频消融仪在电子计算机控制下将射频脉冲能量通过多极针传导到肿瘤组织中，使肿瘤组织产生局部70-95℃高温，从而达到使肿瘤组织及其邻近的可能被扩散的组织凝固坏死的目的，坏死组织在原位被机化或吸收。射频消融治疗肿瘤的手术过程中，医生要求在完全烧死肿瘤细胞的前提下尽可能少的破坏周围健康的组织。

目前，射频消融治疗恶性肿瘤影响效果最显著的因素是肿瘤消融不全，其与肿瘤大小及射频消融穿刺路径密切相关，多项研究证实了射频后原位复发率较高是由于无法精确定位及精确消融所致。因此，生产出可以辅助精确定位射频消融的图形处理系统，建立射频消融的优化路径，提高射频消融的效率，为医生制定相应的精确消融手术方案提供技术支持，具有广阔的应用前景和积极意义。

射频消融效果的好坏很大程度上依赖于肿瘤的大小、位置以及操作者的经验。传统射频消融手术是在二维超声引导下进行的，由于超声导航具有成像模糊以及局部性的特点，所以目标肿瘤的一些整体信息，比如肿瘤大小，形状等难以在术中准确把握，容易导致病灶消融不完全的特点，而这也是造成癌细胞复发的一个最重要的原因之一。因此，精确的术前规划以及三维导航技术对射频消融具有重要的意义。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能够在射频消融治疗肿瘤过程中，精确模拟最小消融范围并提供最少消融次数和最优进针路径的方法。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种利用椭球覆盖肿瘤精确模拟射频消融技术的方法，具体包括下述过程：

(一)对肿瘤图像进行预处理；

(二)在一个合理的约束条件下将肿瘤图像聚类成椭球形的若干子类；

(三)对得到的每一类求其最小覆盖椭球；

(四)利用过程(二)、(三)自动确定最小覆盖椭球个数，给出初始射频方案；

(五)确定圆锥形可调区域，手动调节初始射频方向，使其完全避开大血管和肋骨，完成最终射频方案制定；

一般来说，单极射频针的消融范围近似于一个椭球，伞形射频针的消融范围更接近一个圆球，由于单极射频针在肝脏射频消融中更常用，并且圆球可看做特殊的椭球，本发明利用椭球模拟单针消融区域；消融区域大小由射频针的规格和电发生器的输出功率以及射频时间决定；在固定输出功率、射频针规格以及射频时间的情况下，此区域的大小可由活体或者离体动物实验获得；本发明中椭球形消融区域(以下统称消融椭球)的长短半轴大小为两个可调节的参数，对于需要多次消融的大肿瘤，其进针方式假设为利用一根射频针逐次进行消融，因此，不同消融区域的热交换忽略不计；

所述过程(一)中，肿瘤图像为三维体素图像，图像包括分割好的皮肤、骨骼、肝脏、肿瘤、大血管，其中，大血管是指直径大于3毫米的血管：

对肿瘤图像进行预处理，包括对肿瘤、血管以及腹部皮肤进行处理，具体为：首先，利用膨胀算法，将肿瘤图像边缘扩大4～6毫米作为安全边界，作为新的目标肿瘤图像；其次，腐蚀掉安全边界中距离大血管小于1毫米的区域，并在腐蚀过程中保证肿瘤区域完好无损；最后，(根据医生需求)在分割好的皮肤上限定一个(合理的)进针范围，且进针范围是一个独立的连通区域；

所述过程(二)具体包括下述步骤：

步骤A：预测单针消融次数，假设经过预处理之后新的目标肿瘤图像的最小凸包体积为V₁，消融椭球的体积为V₂，则预测得到的单针消融次数为：其中，为向上取整符号；同时，令聚类个数

步骤B：确定初始聚类中心，若聚类个数K＝1，则任取一个属于目标肿瘤图像的体素点作为聚类中心；若K＞1，选取欧式距离之和最远的K个体素点作为聚类中心；