一种消融温度场建模方法

1.本发明涉及微波消融技术领域，尤其涉及一种消融温度场建模方法。


背景技术：

2.传统消除肝脏肿瘤的方法为手术切除，但手术切除安全系数低，且对病人的伤害大。使用微波消融的方法可以极大地减少对病人的创伤，但其依赖基于图像的肝脏、肿瘤及其周围组织的分割及三维重建。
3.微波消融热毁损的范围、形状与微波热场的分布有关，为了避免消融过程对于人体器官的损伤，就必须要对消融的温度场进行控制，以达到在消融的过程尽量减少对于正常人体组织器官损伤的目的。
4.为此，就必须在研究的过程中，对需要对消融的温度场进行三建模，以便于在消融前进行虚拟仿真。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的是提供一种消融温度场建模方法，以解决现有技术中的问题，本发明能够对肝脏肿瘤进行消融温度场三维建模，以确定最佳的消融方案，有利于在完整消融的状态下，尽量减少对于正常器管的损伤。
6.本发明提供了一种消融温度场建模方法，其中，包括如下步骤：
7.s1，建立目标肝脏的三维模型，并对靶区进行定位和勾画；
8.s2，设定消融方案；
9.s3，按步骤s2中设定的消融方案在新鲜的离体猪肝上进行消融；
10.s4，获取离体猪肝的消融形状，并建立消融三维模型；
11.s5，将消融三维模型与步骤s1中的对靶区勾画的形状进行比对；
12.s6，根据比对结果重复步骤s2到s5，直到消融三维模型满足设定条件。
13.如上所述的消融温度场建模方法，其中，可选的是，所述消融方案包括：消融针的数量、消融针插入深度、消融时间以及各消融针的发射功率。
14.如上所述的消融温度场建模方法，其中，可选的是，步骤s3包括如下具体步骤：
15.s31，选取新鲜离体猪肝；
16.s32，按步骤s2中消融方案插入消融针进行消融，并采集猪肝不同位置处的温度；
17.步骤s4包括如下具体步骤：
18.s41，沿平行于消融针的方向对消融后的猪肝进行切片；测量各片猪肝消融部位的尺寸；
19.s42，根据切片后猪肝的消融尺寸，建立消融三维模型。
20.如上所述的消融温度场建模方法，其中，可选的是，步骤s32包括如下具体步骤：
21.s321，将猪肝平铺于实验台上；
22.s322，从猪肝中间位置按步骤s2中的数量、消融针的相对位置和深度，插入消融
针；并避开猪肝组织中较大的血管腔；
23.s323，将测温针传感器插入到猪肝中，并实时监测对应位置处的温度；
24.其中，测温针传感器与消融针平行设置，且二者之间的距离为10到 15毫米。
25.如上所述的消融温度场建模方法，其中，可选的是，还包括如下步骤：
26.s7，将最后一次重复步骤s2到s5时，所得到的温度数据融合到对应的消融三维模型中，并在三维空间内及消融的时间长度中，对各温度数据进行拟合；得到消融温度场模型。
27.如上所述的消融温度场建模方法，其中，可选的是，步骤s7包括：
28.s71，取不同时间点的各个测温针传感器所测得的温度数据；
29.s72，分别将各时间点的温度数据按空间位置进行拟合，形成该时间点在空间位置上的温度场；
30.s73，将不同时间点在空间位置上的温度场按时间顺序进行拟合，得到消融时间内的温度场动态变化模型。
31.如上所述的消融温度场建模方法，其中，可选的是，还包括如下步骤：
32.s8，记录对应温度场动态变化模型对应的消融方案。
33.如上所述的消融温度场建模方法，其中，可选的是，所述步骤s1包括，
34.s11，利用成像技术，构建三维肝脏模型；
35.s12，对三维肝脏模型进行分割和重建，得到目标肝脏的三维模型；
36.s13，对目标肝脏的三维模型的靶区进行定位和勾画。
37.如上所述的消融温度场建模方法，其中，可选的是，步骤s6中：
38.所述设定条件包括：
39.消融三维模型能够覆盖靶区；
40.消融三维模型覆盖的正常部位体积小于设定值。
41.与现有技术相比，本发明提出的消融温度场建模方法，结合现有的成像技术，构建出目标肝脏的三维模型，利用新鲜的离体猪肝对消融方案进行验证，以确定最佳的消融三维模型。能够在术前进行最佳消融方案的验证。
42.在对猪肝进行消融验证时，实时测量了猪肝上各处的温度数据，通过将温度数据与消融三维模型进行融合，得到在整个消融过程中消融三维模型各处位置变化情况，以实现对于整个消融过程中温度场的变化情况。从而便于直观地查看温度场变化情况。
43.通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
44.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
45.图1为本发明的整体步骤流程图；
46.图2为本发明步骤s1的具体步骤流程图；
47.图3为本发明步骤s3的具体步骤流程图；
48.图4为本发明步骤s32的具体步骤流程图；
49.图5为本发明步骤s4的具体步骤流程图；
50.图6为本发明步骤s7的具体步骤流程图。
具体实施方式
51.现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
52.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
53.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
54.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
55.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
56.请参照图1至图6，为了解决背景技术中指出的问题，主是实现对于温度场的仿真及控制，本公开提供了一种消融温度场建模方法，其中，包括如下步骤：
57.s1，建立目标肝脏的三维模型，并对靶区进行定位和勾画；具体地，请参照图2，步骤s1包括如下具体步骤：
58.s11，利用成像技术，构建三维肝脏模型；具体实施时，对于肝脏三维模型的建立，可以利用术前mri与ct扫描相配合的方式进行。在实际应用时，需要对三维模型进行预处理。
59.s12，对三维肝脏模型进行分割和重建，得到目标肝脏的三维模型；在对三维肝脏模型进行分割和重建时，可以基于块结构和交叉熵融合的双路径深度总卷积神经网络进行三维体数据分割和重建。即，基于级联卷积神经网络的肝脏和肿瘤三维自动分割，训练并级联两个3d卷积神经网络用于肝脏及其肿瘤的联合分割。
60.s13，对目标肝脏的三维模型的靶区进行定位和勾画。具体实施时，对于靶区的定位，可以是通过人工实现，也可以是通过识别算法实现，考虑到边缘处难以通过人工实现，优选利用智能识别算法实现。
61.s2，设定消融方案；具体实施时，消融方案可以是由经验丰富的医生确定，也可以是由智能算法生成。具体地，在实施时，消融方案包括消融针的数量、消融针插入深度、消融时间以及各消融针的发射功率。即，根据勾画的靶区大小和位置，确定消融针的数量多少、消融针插入深度、消融针位置、消融时间以及各消融针的发射功率等。如针对某一靶区的消融方案为：消融针的数量为三个，消融针插入肝脏的深度分别为3厘米、3.5 厘米及4厘米，三个消融针的相对位置关系，消融时间为5分钟，各消融针的发射功率均为50w。当然，在具体实施时，当消融针的数量不小于两个时，各消融针的消融时间可以不同，且消融功率也可以各不相同。
62.进一步地，在步骤s3中，按步骤s2中设定的消融方案在新鲜的离体猪肝上进行消融；利用猪肝进行试验，以实现对于消融方案的验证。具体实施时，本方案中所指的新鲜离
体猪肝，是指离体时间越短短好，优选以离体时间不超过4小时为宜。通过在离体猪肝上对消融方案进行仿真验证，能够保证消融的准确性。具体实施时，请参照图3，步骤s3包括如下具体步骤：s31，选取新鲜离体猪肝；s32，按步骤s2中消融方案插入消融针进行消融，并采集猪肝不同位置处的温度。对于猪肝不同位置处温度的采集，是构建温度场的重要数据。具体实施时，请参照图4，步骤s32还具体包括以下具体步骤：s321，将猪肝平铺于实验台上。s322，从猪肝中间位置按步骤s2中的数量、消融针的相对位置和深度，插入消融针；并避开猪肝组织中较大的血管腔；即，在实施时，从猪肝中间厚度较大的位置插入消融针，如此，能够保证消融范围在猪肝内部。同时，在插入消融针时，应当保证多个消融针之间的相对位置。为了得到消融过程中的温度数据，在步骤s323中，将测温针传感器插入到猪肝中，并实时监测对应位置处的温度。在测温针使用过程中，测温针传感器与消融针平行设置，且二者之间的距离为10到15毫米。具体实施时，为了保证测试的准确性，在对猪肝插入消融针时，应当保证消融针与较大的血管之间的距离不小于6厘米。
63.s4，获取离体猪肝的消融形状，并建立消融三维模型。获取在猪肝中的消融形状，是构建消融温度场的重要手段。在具体实施时，请参照图5，包括以下具体步骤：s41，沿平行于消融针的方向对消融后的猪肝进行切片；测量各片猪肝消融部位的尺寸；实施时，对于猪肝进行切片的厚度会对结果的准确性造成影响，若切片较厚，会导致拟合精度差，若切片较薄，会导切下来的猪肝片较薄而发生变形。在实施时，以切片的厚度为10-15毫米为佳。同时，需要注意的是，在切片时，应使用锋利的手术手，以避免在切片时由于挤压而造成的切片变形。
64.s42，根据切片后猪肝的消融尺寸，建立消融三维模型。具体地，根据切片处的消融形状，进行拟合。具体地，可以对消融区的边沿进行描点。当对所有切片进行描点后，可以进行拟合，进而得到立体的三维模型。
65.s5，将消融三维模型与步骤s1中的对靶区勾画的形状进行比对；具体地，消融三维模型与步骤s1中对靶区勾画的形状进行对比，主要是在空间上的对比和匹配。
66.s6，根据比对结果重复步骤s2到s5，直到消融三维模型满足设定条件。具体地，步骤s6中，所述设定条件包括：消融三维模型能够覆盖靶区；消融三维模型覆盖的正常部位体积小于设定值。在实际实施时，要求消融三维模型覆盖整个靶区，且消融三维模型覆盖的正常部位体积越小越好。覆盖的正常部位体积越小，意味着对于正常器官或组织的损伤越小。具体实施时，以三维模型覆盖的体积大于靶区体积的10％为佳。
67.为了实现对于温度场的三维建模，在以上步骤的基础上，还进一步包括如下步骤：
68.s7，将最后一次重复步骤s2到s5时，所得到的温度数据融合到对应的消融三维模型中，并在三维空间内及消融的时间长度中，对各温度数据进行拟合；得到消融温度场模型。将温度数据融合到对应的消融三维模型中，是获得消融温度场的关键步骤。具体地，请参照图6，步骤s7包括： s71，取不同时间点的各个测温针传感器所测得的温度数据；实施时，由于测温针传感器测得，在实施时，测温针传感器的分布密度影响测试结果。对温度数据进行使用时，s72，分别将各时间点的温度数据按空间位置进行拟合，形成该时间点在空间位置上的温度场；s73，将不同时间点在空间位置上的温度场按时间顺序进行拟合，得到消融时间内的温度场动态变化模型。
69.在具体实施时，s8，记录对应温度场动态变化模型对应的消融方案。如此，能够将
消融方案与温度场动态变化模型一一对应。
70.在具体实施时，记录所有的消融方案对应的消融三维模型及对应的时间数据。并将其作为训练样本训练预先搭建的神经网络模型，该预先搭建的神经网络模型为以消融方案、温度数据为输入，以消融三维模型、消融温度场为输出的模型。
71.通过以上方案，本发明至少存在如下有益效果：结合现有的成像技术，构建出目标肝脏的三维模型，利用新鲜的离体猪肝对消融方案进行验证，以确定最佳的消融三维模型。能够在术前进行最佳消融方案的验证。
72.在对猪肝进行消融验证时，实时测量了猪肝上各处的温度数据，通过将温度数据与消融三维模型进行融合，得到在整个消融过程中消融三维模型各处位置变化情况，以实现对于整个消融过程中温度场的变化情况。从而便于直观地查看温度场变化情况。
73.虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。