本发明属于医疗技术领域，尤其涉及一种射频消融的方法及装置。
背景技术：
射频消融术时一种微创手术，通过高频交流电产生热来破坏肿瘤组织，由于射频消融术可以减少失血，也不会导致间接损害人体组织，而成为了肝脏肿瘤治疗的有效方法。现有技术通常采用单针插入，然而由于射频针的插入范围有限，单针插入不能产生足够大的有效消融面积，其只适合对小型肝脏肿瘤的消融，而无法对大型肝脏肿瘤进行消融。
故，有必要提出一种新的技术方案，以解决上述技术问题。
技术实现要素：
鉴于此，本发明实施例提供一种射频消融的方法及装置，以解决现有技术无法对大型肝脏肿瘤进行消融的问题。
本发明实施例的第一方面，提供一种射频消融的方法，所述方法包括：
获取待测物体中待插入射频针的至少一个目标点信息；
根据所述至少一个目标点信息中的每个目标点信息，获取机器人控制射频针到达所述每个目标点的路径信息；
根据所述路径信息，控制所述机器人对所述待测物体中的所述每个目标点进行射频针插入。
本发明实施例的第二方面，提供一种射频消融的装置，所述装置包括：
目标点信息获取模块，用于获取待测物体中待插入射频针的至少一个目标点信息；
路径信息获取模块，用于根据所述至少一个目标点信息中的每个目标点信息，获取机器人控制射频针到达所述每个目标点的路径信息；
控制模块，用于根据所述路径信息，控制所述机器人对所述待测物体中的所述每个目标点进行射频针插入。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例通过获取待测物体中待插入射频针的至少一个目标点信息，并根据所述至少一个目标点信息中的每个目标点信息获取机器人控制射频针到达所述每个目标点的路径信息，根据该路径信息，控制机器人对所述待测物体中的所述每个目标点进行射频针插入，从而实现对所述待测物体中的单一插入点进行至少一次射频针插入，进而对所述待测物体中的目标物进行射频消融，有效解决了现有技术无法对大型肝脏肿瘤进行消融的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的用于射频消融的机器人系统的组成示意图；
图2是具有运程控制中心的机器人的结构示意图；
图3是在机器人的旋转机械装置和病人的皮肤之间存在的空隙的示例图；
图4a是旋转机械装置的结构示意图；图4b是由旋转机械装置确定的射频针插入方向的示例图；
图5是本发明实施例二提供的射频消融的方法的实现流程图；
图6是消融规划模型的示例图；
图7是本发明实施例三提供的射频消融的装置的组成示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
图1示出了本发明实施例一提供的用于射频消融的机器人系统的组成示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
如图1所示，所述机器人系统包括终端(如计算机)1、摄像装置2(如相机)以及机器人(如手术机器人)3。
其中，所述终端1可以对待测物体(如肝脏肿瘤患者)的影像数据进行图像处理，所述影像数据可以是来自计算机断层扫描(computedtomography，ct)，磁共振扫描(magneticresonanceimaging，mri)、正电子发射型断层显示(positronemissiontomography，pet)等的待测物体的医学影像。所述终端1可以基于图像处理结果，自动地得到多次射频针插入的目标点，然后通过摄像装置2拍摄的待测物体上的标记图像(如在待测物体上贴的l型标记的图像)与所述机器人3上的标记图像(如在机器人上贴的l型标记的图像)进行一系列的配置自动得到机器人3的路径信息，在手术中所述终端1可以控制所述机器人3在该路径信息的导航下通过所述待测物体上的单一插入点完成多次射频针的插入。
所述机器人3可以安装在一个移动的机器人平台上，如图2所示具有远程控制中心的机器人的结构示意图，所述机器人3可以由一个用于射频针平移的机械装置和一个改变射频针的方向的旋转机械装置组成，其中，所述机器人3可以采用旋转机械装置实现远程运动中心(remotecenterofmotion，rcm)。所述平移机械装置和所述旋转机械装置可以使得机器人通过单一插入点完成多次射频针的插入，从而实现对大型肝脏肿瘤进行射频消融。如图2所示，所述旋转机械装置可以采用两个机动化的弧(图2中的1和2)来调节射频针的方向。每个弧有一个狭缝，用来放置导管。每个球形的弧产生一个旋转的关节可以控制射频针的方向。平移机械装置用于执行射频针的插入运动。插入运动通过机动化的滚珠丝杆系统实现。
在真实手术环境中实际的机器人系统配置中，由于系统配置的限制、机械子模块的阻挡和预留的对病人呼吸的容忍等原因，造成的旋转机械装置的远端中心和病人皮肤上的切口之间的空隙。如图3所示是在机器人的旋转机械装置和病人的皮肤之间存在的空隙的示例图。该空隙使射频针的远端中心(基框架的原点)与期望的切口不一致，限制了单一插入点多针插入的应用。为了解决该问题，如图3所示是将两个机动化的线性滑块集成在机器人系统上的示例图。为了到达肿瘤上的每个目标点，两个线性滑块可以调节机器人的位置，从而补偿旋转机械装置和病人皮肤之间的空隙，保证旋转机械装置的中心与病人皮肤上的单一插入点在一条直线上。
在机器人的设计中，所述旋转机械装置中的两个球形弧的组合运动决定了射频针的插入方向，插入范围取决于滚珠丝杆的平移范围。如图4a是旋转机械装置的结构示意图，图4b是由旋转机械装置确定的射频针插入方向的示例图，射频针的方向可以通过找到由两个球形弧决定的平面的交线来确定。考虑到射频针的平移长度，从旋转机械装置的基框架o到工具框架e(射频针的末端所在的坐标系)之间的齐次变换矩阵可以描述为：
其中，q1和q2分别为旋转机械装置的基框架o沿x轴、y轴的两个旋转关节的旋转角度，q3为沿工具框架e的z'的平移量，si和ci分别表示关节变量qi的正弦函数和余弦函数，
如果已知两个球形弧组成的旋转机械装置的基框架o沿x轴、y轴的两个旋转关节的旋转角度q1和q2，以及沿工具框架e的z'的平移量q3，则射频针尖e的坐标[xe,ye,ze]可以通过公式(2)计算得到：
在已知射频针尖e的坐标[xe,ye,ze]时，根据公式(1)可以推导出反向动力学q＝[q1,q2,q3]的值，用于控制旋转机械装置的运动，计算公式如下：
其中，px、py和pz分别为射频针尖的x'、y'和z'坐标值。
所述终端1可以基于图像处理结果，自动地得到多次射频针插入的目标点，即插入射频针的次数与目标点的个数相同。对于每个目标点，通过移动两个线性滑块可以使得射频针通过插入点到达目标点，根据目标点坐标、插入点坐标和由旋转机械装置的两个球形弧组成的拱形球中心点(远程运动中心点，即基框架o的原点)的高度(即z坐标)，通过这三点的坐标求解一个直线方程算出远程运动中心点的x坐标和y坐标，即两个线性滑块的移动距离，机械装置的每个关节变量根据公式(3)计算得到，并用来引导机器人3到达目标点，当一针消融结束后，机器人3将移动回到初始点，加载下一个目标点，重复执行上述过程直到整个肿瘤被消融。为了保证手术过程的安全性，程序中设置了中断，允许外科医生暂停或者改变执行过程。
实施例二：
图5示出了本发明实施例二提供的射频消融的方法的实现流程，所述实现流程详述如下：
步骤s501，获取待测物体中待插入射频针的至少一个目标点信息。
在本发明实施例中，所述待测物体可以是患有某一疾病的物体，例如患有肝脏肿瘤的人或动物等。所述目标点可以是指机器人(例如手术机器人)对患者的肝脏肿瘤进行消融时射频针所要插入的点。所述目标点信息可以是指对患者的肝脏肿瘤进行消融时射频针所要插入的点的位置信息。
可选的，在获取待测物体中待插入射频针的至少一个目标点信息之前还包括：
建立所述待测物体的坐标系；
所述获取待测物体中待插入射频针的至少一个目标点信息包括：
获取待测物体中待插入射频针的至少一个目标点中的每个目标点在所述待测物体坐标系中的位置信息。
可选的，所述获取待测物体中待插入射频针的至少一个目标点信息包括：
获取待测物体的影像数据；
从所述影像数据中获取所述待测物体中目标物的信息，并根据第一消融模型在所述待测物体中划分出所述目标物的目标消融区域；
根据所述目标物的目标消融区域与至少一个预设单次消融体，获取所述待测物体中待插入射频针的至少一个目标点信息。
在本发明实施例中，在手术前先采集待测物体的影像数据，采集之前先在待测物体上贴上标记，然后进行采集，从采集到的影像数据中可以通过图像分割方法分割或者重建出标记和目标物(如肿瘤体)，得到分割好的目标物之后，为了能将目标物完全消融，将目标物的边界扩展一定的范围，得到一个包含肿瘤区域和边界区域m的目标消融区域a，(如假定从病人的ct数据中分割出的肿瘤体t为一个球形，将t扩展一定的边界m得到目标消融区域a，目标消融区域a以内，肿瘤体t以外的区域为边界区域m)。为了优化射频消融的覆盖，一针消融的有效消融体b(即预设单次消融体)可以用一个球形来近似，根据这种近似，手术前规划如何获取目标点的问题就变为了怎样用最少数量的预设单次消融体b来覆盖目标消融区域a，并尽可能少地包含正常组织。其中，所述预设单次消融体b的半径可以根据常用射频针在一次插入肿瘤时的有效消融的体积的范围确定。如图6所示是消融规划模型的示例图，h为被预设单次消融体b所覆盖，且目标消融区域a之外的患者的健康组织。
手术前规划的目标，就是以通过医学图像处理建立的病人的个性化三维模型为基础，确定用于大型肿瘤多次重叠消融的合适的皮肤上的单个插入点和肿瘤内部的多个射频针的消融目标点，使得多次重叠消融能够完全的覆盖肿瘤区域并尽可能减少对正常组织的损害。在消融规划中，通常用一个小球体来近似一次消融引起的损伤区域；规划的目标就是要用一组尽可能少的小球来完全覆盖肿瘤区域，并尽可能少地包含正常组织。
可选的，所述根据所述目标物的目标消融区域与至少一个预设单次消融体，获取所述待测物体中待插入射频针的至少一个目标点信息包括：
将所述至少一个预设单次消融体覆盖在所述目标物的目标消融区域，其中，所述目标消融区域包括所述目标物t与预设边界区域m，所述每个单次预设消融体覆盖在所述目标消融区域之外的区域为第一区域h；
根据所述目标物t、所述预设边界区域m以及所述第一区域h，计算所述至少一个预设单次消融体与所述目标物的代价函数
移动所述至少一个预设单次消融体和/或改变所述至少一个预设单次消融体的个数，以获取多个代价函数c；
从所述多个代价函数c中，选取出最大的代价函数cmax，并获取所述最大的代价函数cmax所对应的预设单次消融体的个数和所对应的每个预设单次消融体的位置信息；
根据所对应的每个预设单次消融体的位置信息确定所对应的每个预设单次消融体的中心点的位置信息，并将该中心点的位置信息作为所述待测物体中待插入射频针的目标点信息。
在本发明实施例中，为了优化目标物内射频针的放置，目标物、边界区域以及第一区域被体素化为三维矩阵，用至少一个预设单次消融体与消融目标(即目标物)的交集定义代价函数c。其中，
需要说明的是，每一个代价函数c都对应一组预设单次消融体，该预设单次消融体的个数可以为至少一个，预设单次消融体的个数与放置射频针的目标点的个数相同，预设单次消融体的中心点就是放置射频针的目标点，如图6所示，若图6的情况使得代价函数c的值最大，则确定目标点的个数为6，该6个目标点分别为6个预设单次消融体的中心点。
步骤s502，根据所述至少一个目标点信息中的每个目标点信息，获取机器人控制射频针到达所述每个目标点的路径信息。
可选的，所述根据所述至少一个目标点信息中的每个目标点信息，获取机器人控制射频针达到所述每个目标点的路径信息包括：
建立所述机器人的坐标系；
获取所述机器人坐标系与所述待测物体坐标系的对应关系；
根据所述机器人坐标系与所述待测物体坐标系的对应关系，以及所述每个目标点在所述待测物体坐标系中的位置信息，获取所述每个目标点在所述机器人坐标系中的位置信息；
根据所述每个目标点在所述机器人坐标系中的位置信息，获取所述机器人在每次进行射频针插入时的路径信息。
为了使手术机器人能准确的到达术前规划得到的射频针放置的目标点，需要将术前ct/mr图像坐标系与手术空间中的实际物理坐标系进行配准。例如，首先，在采集术前ct图像之前，将用两个3d打印的l形标记分别贴在病人腹部和机器人的预定位置上。根据ct图像上重建出的标记，建立病人坐标系，得到手术规划中相对于该坐标系的皮肤上的插入点和肿瘤内部的射频消融的目标点(射频针的目标点)。术中假定目标器官的形变对于治疗来说是可接受的，这样就可以使用术前的规划数据用于术中治疗。为了将规划数据从病人坐标系映射到机器人坐标系，采用kinect摄像头获得病人腹部和机器人操作臂上的l形标记的点云数据，然后使用点云拟合和统计范围搜索方法找到标记的平面并建立相应的病人坐标系和机器人坐标系。然后以kinect摄像头所在的世界坐标系为桥梁，通过坐标系变换，将术前规划的数据，从病人坐标系变换到机器人坐标系。
其中，令w，p，r分别表示由kinect获得的世界坐标系、病人坐标系和机器人坐标系，l-shapedmarker表示l形标记。配准的目标就是找到一个从病人坐标系p到机器人坐标系r的变换矩阵
其中，
其中，
步骤s503，根据所述路径信息，控制所述机器人对所述待测物体中的所述每个目标点进行射频针插入。
在本发明实施例中，根据步骤s501和s502获取机器人控制射频针到达每个目标点的路径信息，即每次进行射频针插入的路径信息，从而完成对待测物体中整个目标物的射频消融。
通过本发明实施例可以对待测物体中的单一插入点进行至少一次射频针插入，进而对待测物体中的目标物进行射频消融，有效解决了现有技术无法对大型肝脏肿瘤进行消融的问题
实施例三：
图7示出了本发明实施例三提供的射频消融的装置的组成示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
所述装置包括：
目标点信息获取模块71，用于获取待测物体中待插入射频针的至少一个目标点信息；
路径信息获取模块72，用于根据所述至少一个目标点信息中的每个目标点信息，获取机器人控制射频针到达所述每个目标点的路径信息；
控制模块73，用于根据所述路径信息，控制所述机器人对所述待测物体中的所述每个目标点进行射频针插入。
可选的，所述目标点信息获取模块81包括：
影像数据获取单元711，用于获取待测物体的影像数据；
目标物信息获取单元712，用于从所述影像数据中获取所述待测物体中目标物的信息，并根据第一消融模型在所述待测物体中划分出所述目标物的目标消融区域；
目标点信息获取单元713，用于根据所述目标物的目标消融区域与至少一个预设单次消融体，获取所述待测物体中待插入射频针的至少一个目标点信息。
可选的，所述目标点信息获取单元713包括：
覆盖子单元，用于将所述至少一个预设单次消融体覆盖在所述目标物的目标消融区域，其中，所述目标消融区域包括所述目标物t与预设边界区域m，所述每个预设单次消融体覆盖在所述目标消融区域之外的区域为第一区域h；
计算子单元，用于根据所述目标物t、所述预设边界区域m以及所述第一区域h，计算所述至少一个预设单次消融体与所述目标物的代价函数
处理子单元，用于移动终端所述至少一个预设单次消融体和/或改变所述至少一个预设单次消融体的个数，以获取多个代价函数c；
选取子单元，用于从所述多个代价函数c中，选取出最大的代价函数cmax，并获取所述最大的代价函数cmax所对应的预设单次消融体的个数和所对应的每个预设单次消融体的位置信息；
确定子单元，用于根据所对应的每个预设单次消融体的位置信息确定所对应的每个预设单次消融体的中心点的位置信息，并将该中心点的位置信息作为所述待测物体中待插入射频针的目标点信息。
可选的，所述装置还包括：
建立模块74，用于在获取待测物体中待插入射频针的至少一个目标点信息之前，建立所述待测物体的坐标系；
所述目标点信息获取模块71具体用于：
获取待测物体中待插入射频针的至少一个目标点中的每个目标点在所述待测物体的坐标系中的位置信息。
可选的，所述路径信息获取模块72包括：
建立单元721，用于建立所述机器人的坐标系；
对应关系获取单元722，用于获取所述机器人坐标系与所述待测物体坐标系的对应关系；
位置信息获取单元723，用于根据所述机器人坐标系与所述待测物体坐标系的对应关系，以及所述每个目标点在所述待测物体坐标系中的位置信息，获取所述每个目标点在所述机器人坐标系中的位置信息；
路径信息获取单元724，用于根据所述每个目标点在所述机器人坐标系中的位置信息，获取所述机器人控制射频针到达所述每个目标点的路径信息。
本发明实施例提供的射频消融的装置可以使用在前述对应的方法实施例二中，详情参见上述实施例二的描述，在此不再赘述。
所述领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即所述装置的内部结构划分成不同的功能模块，上述功能模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件的形式实现。另外，各功能模块的具体名称也只是为了便于相互区别，并不用于限制本申请的保护范围。
综上所述，本发明实施例可对待测物体中的单一插入点进行至少一次射频针插入，进而对待测物体中的目标物进行射频消融，有效解决了现有技术无法对大型肝脏肿瘤进行消融的问题
本领域普通技术人员还可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，包括rom/ram、磁盘、光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。