一种用于肿瘤热疗的人体表面安全温度监控方法及系统与流程

本发明涉及肿瘤热疗领域，尤其涉及一种用于肿瘤热疗的人体表面安全温度监控方法及系统。

背景技术：

1、肿瘤热疗是一种利用高温或低温对肿瘤细胞进行杀伤的治疗方法，具有创伤小、副作用少、效果好等优点。肿瘤热疗的主要方式有高频电热疗、微波热疗、超声波热疗、激光热疗、冷冻疗法等。

2、肿瘤热疗的关键是控制热疗区域的温度，使之达到对肿瘤细胞有杀伤作用而对正常组织无损伤的范围。一般来说，热疗的目标温度为40℃-45℃，持续时间为30-60分钟。如果温度过高或过低，或者时间过长或过短，都会影响热疗的效果和安全性。因此，肿瘤热疗的温度监测技术是非常重要的，它可以实时反映热疗区域的温度变化，及时发现和调整异常情况，保证热疗的质量和效果。

3、例如中国专利201610533332.5公开了用于肿瘤热疗中的皮肤温度监控系统，其包括贴合人体皮肤的第一袋体和第二袋体的结构设计，第一袋体内设有冷却腔，第二袋体内设有热交换腔，它们通过循环管道和散热池体连接，以实现热量的交换和散热，能够较佳的对肿瘤热疗过程中的患者皮肤温度进行控制。但是上述系统还存在以下不足：在对人体表面温度数据的异常判断时，只是根据经验设定一个温度阈值，不能动态地适应温度数据的变化，不同的患者和不同的肿瘤部位可能有不同的温度耐受性和热敏感性，因此一个固定的温度阈值可能不适用于所有的情况，导致过热或者过冷的风险。

4、针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术实施例的目的是提供一种用于肿瘤热疗的人体表面安全温度监控方法及系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

2、为此，本发明采用的具体技术方案如下：

3、根据本发明的一个方面，提供了一种用于肿瘤热疗的人体表面安全温度监控方法，该方法包括以下步骤：

4、s1、配置包含冷却腔的第一袋体及包含热交换腔的第二袋体，并使第一袋体及第二袋体均贴合人体皮肤。

5、s2、通过循环管道连接每个冷却腔与对应的热交换腔，同时通过循环泵使导热介质在循环管道内流动。

6、s3、使热交换腔与散热池体连接，且散热池体内设置热交换介质，同时通过冷却泵使热交换介质在散热池体与对应热交换腔间循环流动。

7、s4、获取患者的热疗区域的温度数据，并判断温度数据是否存在异常。

8、s5、若检测到温度数据异常，则通过继电器控制相应冷却泵及循环泵，实现患者热疗区域温度的控制。

9、进一步的，针对不同的患者和不同的肿瘤部位进行个性化的温度异常检测，更加适应每个不同的患者：

10、获取患者的热疗区域的温度数据，并判断温度数据是否存在异常包括以下步骤：

11、s41、获取患者同一热疗区域若干温度传感器正常量测状态下的温度测量时序数据及未知量测误差状态下的温度测量时序数据；

12、s42、基于滑动窗口将正常量测状态下的温度测量时序数据及未知量测误差状态下的温度测量时序数据划分为子序列，分别得到训练数据集和待评估数据集；

13、s43、基于训练数据集训练数据异常检测模型，并使用训练后的数据异常检测模型计算训练数据集的重构误差，同时计算异常判断的重构误差阈值；

14、s44、计算待评估数据集的重构误差，并根据重构误差阈值得到异常检测结果。

15、进一步的，获取患者同一热疗区域若干温度传感器正常量测状态下的温度测量时序数据及未知量测误差状态下的温度测量时序数据包括以下步骤：

16、s411、在患者同一热疗区域选择若干位置，并将温度传感器贴合在患者相应位置的皮肤上；

17、s412、将温度传感器与数据采集设备连接，并设置采样频率和采样时间；

18、s413、在正常量测状态下，采集一段时间的温度数据，作为基准数据；

19、s414、在未知量测误差状态下，采集一段时间的温度数据，作为待评估数据；

20、s415、将获取的基准数据及待评估数据保存在数据存储设备中。

21、进一步的，为了反映出热疗区域内的温度分布和变化情况，根据患者的具体情况，调整热疗的参数和方案：

22、采集一段时间的温度数据时，计算温度数据的梯度；

23、其中，所述计算温度数据的梯度包括以下步骤：

24、s4121、将温度数据的空间区域划分为若干个网格，并使用网格点表示温度的离散值；

25、s4122、选择差分格式，并使用差分格式代替温度数据的偏微分方程，得到每个网格点的差分方程，同时形成线性方程组；

26、s4123、用迭代法求解线性方程组，得到每个网格点的温度值；

27、s4124、使用相邻网格点的温度差除以网格间距，得到温度数据的梯度。

28、进一步的，基于滑动窗口将正常量测状态下的温度测量时序数据及未知量测误差状态下的温度测量时序数据划分为子序列，分别得到训练数据集和待评估数据集包括以下步骤：

29、s421、选择滑动窗口的长度和步长，并根据数据的采样频率和采样时间，确定滑动窗口的数量；

30、s422、对于基准数据，从第一个数据点开始，按照滑动窗口的长度和步长，依次截取一段数据，作为一个子序列，直到最后一个数据点；

31、s423、对于待评估数据，从第一个数据点开始，按照滑动窗口的长度和步长，依次截取一段数据，作为一个子序列，直到最后一个数据点；

32、s424、对每个子序列进行特征增强，得到训练数据集及待评估数据集；

33、s425、将划分好的子序列保存在数据存储设备中。

34、进一步的，对每个子序列进行特征增强，得到训练数据集及待评估数据集包括以下步骤：

35、s4241、对于每个窗口内的温度测量时序数据，计算每个温度传感器的标准化特征；

36、s4242、基于每个窗口内的标准化特征，计算每个温度传感器的标准化差异特征；

37、s4243、将计算得到的各个标准化特征及标准化差异特征合并成特征向量，并表示相应子序列的特征；

38、s4244、对每个子序列均进行特征增强。

39、进一步的，计算每个温度传感器的标准化特征的计算公式为：

40、；

41、式中，表示第 i个温度传感器在第 j个时间点的标准化特征；

42、 x i（ j）表示第 i个温度传感器在第 j个时间点的温度测量值；

43、表示第 i个温度传感器所有时间点温度测量值的均值；

44、表示第 i个温度传感器所有时间点温度测量值的标准差。

45、进一步的，基于训练数据集训练数据异常检测模型，并使用训练后的数据异常检测模型计算训练数据集的重构误差，同时计算异常判断的重构误差阈值包括以下步骤：

46、s431、构建基于长短期记忆模型的自编码器，并通过长短期记忆模型进行编码和解码；

47、s432、利用训练数据集对基于长短期记忆模型的自编码器进行训练，使得重构误差最小，并得到数据异常检测模型；

48、s433、使用数据异常检测模型对训练数据集进行重构，得到每个训练数据的预测结果；

49、s434、对于每个训练数据，在原始数据与重构后的数据之间计算重构误差；

50、s435、统计训练数据集的重构误差分布，根据统计量计算异常判断的重构误差阈值。

51、进一步的，计算待评估数据集的重构误差，并根据重构误差阈值得到异常检测结果包括以下步骤：

52、s441、根据重构误差阈值，对待评估数据集的重构误差进行异常检测，若待评估数据集的重构误差大于重构误差阈值，则对应子序列的温度数据异常，并进行温度调节；

53、s442、若待评估数据集的重构误差小于等于重构误差阈值，则对应子序列的温度数据正常。

54、根据本发明的另一方面，提供了一种用于肿瘤热疗的人体表面安全温度监控系统，该系统包括袋体配置模块、介质循环模块、热交换介质流动模块、热疗异常判断模块及控制模块；其中，袋体配置模块与介质循环模块及热交换介质流动模块连接，热疗异常判断模块与控制模块连接，控制模块与热交换介质流动模块及介质循环模块连接。

55、袋体配置模块，用于配置包含冷却腔的第一袋体及包含热交换腔的第二袋体，并使第一袋体及第二袋体均贴合人体皮肤。

56、介质循环模块，用于通过循环管道连接每个冷却腔与对应的热交换腔，同时通过循环泵使导热介质在循环管道内流动。

57、热交换介质流动模块，用于使热交换腔与散热池体连接，且散热池体内设置热交换介质，同时通过冷却泵使热交换介质在散热池体与对应热交换腔间循环流动。

58、热疗异常判断模块，用于获取患者的热疗区域的温度数据，并判断温度数据是否存在异常。

59、控制模块，用于若检测到温度数据异常，则通过继电器控制相应冷却泵及循环泵，实现患者热疗区域温度的控制。

60、本发明的实施例包括以下有益效果：

61、（1）本发明提供的一种用于肿瘤热疗的人体表面安全温度监控方法及系统，通过获取患者的热疗区域的温度数据，并判断温度数据是否存在异常，从而监测和控制患者热疗区域的温度，可避免温度过高或过低导致的组织损伤或热疗效果不佳，及时发现和处理异常情况。通过使用数据异常检测模型，实现对温度数据的实时分析和评估，从而可以自动控制冷却泵的开启和关闭，实现患者热疗区域温度的自动调节，同时自动地学习温度数据的特征和规律，实现数据的降维和重构，计算重构误差和重构误差阈值，实现温度数据的异常判断，进而可以针对不同的患者和不同的肿瘤部位进行个性化的温度异常检测，更加适应每个不同的患者。

62、（2）本发明通过计算温度数据的梯度，可以反映出热疗区域内的温度分布和变化情况，从而可以根据患者的具体情况，调整热疗的参数和方案，提高热疗的针对性和效率。