椎骨肿瘤微波消融手术仿真方法及装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113842210A(43)申请公布日2021.12.28(21)申请号202110879584.4G06T7/33(2017.01)(22)申请日2021.08.02(71)申请人应葵地址北京市海淀区成府路蓝旗营小区10号楼2-501申请人清华大学(72)发明人应葵向杰(74)专利代理机构北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201代理人张文姣(51)Int.Cl.A61B34/10(2016.01)A61B34/20(2016.01)G06N3/08(2006.01)G06T7/11(2017.01)权利要求书2页说明书8页附图1页(54)发明名称椎骨肿瘤微波消融手术仿真方法及装置(57)摘要本发明公开了一种椎骨肿瘤微波消融手术仿真方法及装置，涉及医疗器械及仿真技术领域，其中，方法包括：获取病人手术时当前体态下的磁共振图像，对磁共振图像进行图像分割，并基于分割图像建立病人的个体模型，根据术前仿真模型对个体模型进行配准，以得到病人当前体态下的精准模型；按照目标插针位置插入微波探针并进行加热，采集加热时的实际温度数据，利用实际温度数据校正微波探针模型；对校正后的微波探针模型位于精准模型的目标插针位置进行温度仿真，并基于温度仿真结果进行热损伤评估，以修正目标插针位置和目标加热时长，生成待消融区域的手术仿真方案。该方法可以提高手术模拟的准确性和可信度，增大椎骨肿瘤微波热消融手术的成功率。CN113842210ACN113842210A权利要求书1/2页1.一种椎骨肿瘤微波消融手术仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：获取病人手术时当前体态下的磁共振图像，对所述磁共振图像进行图像分割，并基于分割图像建立所述病人的个体模型，根据术前仿真模型对所述个体模型进行配准，以得到所述病人当前体态下的精准模型；按照目标插针位置插入微波探针并进行加热，采集加热时的实际温度数据，利用所述实际温度数据校正微波探针模型；以及对校正后的微波探针模型位于所述精准模型的目标插针位置进行温度仿真，并基于温度仿真结果进行热损伤评估，以修正所述目标插针位置和目标加热时长，生成待消融区域的手术仿真方案。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于温度仿真结果进行热损伤评估，以修正所述目标插针位置和目标加热时长，包括：基于Arrhenius动力学模型确定所述温度仿真结果的消融边界；根据所述消融边界和边界损伤阈值计算所述待消融区域的消融比和dice，其中，所述消融比为肿瘤中坏死组织在所述待消融区域中的占比，所述dice为待消融区域和所有坏死组织区域的交集除以待消融区域和所有坏死组织区域的并集；根据消融比和dice确定热损伤区域和待消融区域的最佳匹配，以根据最佳匹配对应的针位置和加热时长修正所述目标插针位置和目标加热时长。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述实际温度数据校正微波探针模型，包括：将生物传热模型中导热项离散化处理得到差分形式；根据所述差分形式导入所述实际温度数据获取温度在空间、时间上的分布，并通过Pennes方程反解得到热源项的实际分布，以根据所述热源项的实际分布校正所述微波探针模型。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述实际温度数据校正微波探针模型，包括：根据所述实际温度数据、仿真值‑实测值对应关系计算校正值；根据所述校正值校正所述微波探针模型。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述磁共振图像进行图像分割，并基于分割图像建立所述病人的个体模型，包括：识别所述磁共振图像中的待消融区域及周围组织与器官；对所述待消融区域及周围组织与器官进行图像分割，以根据分割得到图像生成所述病人的个体模型。6.一种椎骨肿瘤微波消融手术仿真装置，其特征在于，包括：建模模块，用于获取病人手术时当前体态下的磁共振图像，对所述磁共振图像进行图像分割，并基于分割图像建立所述病人的个体模型，根据术前仿真模型对所述个体模型进行配准，以得到所述病人当前体态下的精准模型；校正模块，用于按照目标插针位置插入微波探针并进行加热，采集加热时的实际温度数据，利用所述实际温度数据校正微波探针模型；以及仿真模块，用于对校正后的微波探针模型位于所述精准模型的目标插针位置进行温度2CN113842210A权利要求书2/2页仿真，并基于温度仿真结果进行热损伤评估，以修正所述目标插针位置和目标加热时长，生成待消融区域的手术仿真方案。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述仿真模块进一步用于基于Arrhenius动力学模型确定所述温度仿真结果的消融边界；根据所述消融边界和边界损伤阈值计算所述待消融区域的消融比和dice，其中，所述消融比为肿瘤中坏死组织在所述待消融区域中的占比，所述dice为待