CN110151309B - 多模态消融治疗术前规划方法及其设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及基于计算机的术前规划技术，公开了一种多模态消融治疗术前规划方法及其设备，能够自动提供出客观、科学、定量的多模态消融的规划信息。本方法中，获取待消融区域的参数；根据待消融区域的参数计算对区域冷冻所导致的区域物性变化，获得使得区域的物性的变化达到第一预定条件所需的第一规划数据；基于满足第一预定条件的物性，进一步计算对区域加热导致的区域物理变化，获得使得区域物理变化达到第二预定条件所需的第二规划数据；输出第一规划数据和第二规划数据。

Description

多模态消融治疗术前规划方法及其设备
技术领域
本申请涉及基于计算机的规划技术，特别涉及多模态消融治疗术前规划技术。
背景技术
随着科学技术和医疗设备的不断发展，新的治疗技术不断问世，特别是以局部消融为基础现代肿瘤微创治疗主要通过超声、CT、MRI等影像引导下经皮穿刺肿瘤，利用高温或低温探针使肿瘤发生凝固性坏死，进而达到局部消融肿瘤的目标。
然而，在肿瘤微创消融手术中，还存在许多瓶颈问题亟需突破。比如医生通常规依靠增强CT、MRI或二维超声造影等影像学方法，并结合自身经验，考虑插针和治疗方案，缺乏对术中热剂量的客观精确计算和由肿瘤组织的异质性而产生的传热不均匀性评估，常常无法达到预期的效果。
发明内容
本申请的目的在于提供一种多模态消融治疗术前规划方法及其设备，能够自动提供出客观、科学、定量的局部多模态消融的规划信息。
为了解决上述问题，本申请公开了一种多模态消融治疗术前规划方法，包括：
获取待消融区域的参数；
根据该待消融区域的参数计算对该区域冷冻所导致的该区域物性变化，获得使得该区域的物性的变化达到第一预定条件所需的第一规划数据；
基于满足该第一预定条件的物性，进一步计算对该区域加热导致的该区域物理变化，获得使得该区域物理变化达到第二预定条件所需的第二规划数据；以及，
输出该第一规划数据和该第二规划数据。
在一优选例中，该输出该第一规划数据和该第二规划数据，包括：
根据该第一规划数据和该第二规划数据，以文字和/或图形方式显示多模态消融插针方案和/或所形成的温度场分布。
在一优选例中，该第一预定条件是该区域的物性达到能够在各个方向上均匀传导热量的状态。
在一优选例中，该区域的物性达到能够在各个方向上均匀传导热量的状态，包括，该待消融区域形成冰球且该冰球覆盖整个待消融区域。
在一优选例中，该物性变化包括以下变化之一或其任意组合：导电性能的变化、导热性能的变化、电解质分布的变化、血流分布的变化。
在一优选例中，该第二预定条件包括该待消融区域边界内细胞和/或微血管原位破碎。
在一优选例中，该第一规划数据包括以下之一或其任意组合：
病人体位、皮肤穿刺点、治疗针的数目、治疗针的位置、治疗针的进针路径、治疗针退针次数和距离、冷冻功率和持续时间、降温速率。
在一优选例中，该第二规划数据包括以下之一或其任意组合：
病人体位、皮肤穿刺点、治疗针的数目、治疗针的位置、治疗针的进针路径、治疗针退针次数和距离、加热功率和持续时间、升温速率。
在一优选例中，该待消融区域包括肿瘤。
在一优选例中，该待消融区域的参数包括以下信息之一或其任意组合：
该待消融区域内肿瘤及其他组织器官的大小、形状、相对位置和组织物性信息，周围组织的血管分布和血流灌注情况。
在一优选例中，该获取待消融区域的参数，包括，
根据病人术前二维或三维影像进行重构分割，提取肿瘤及其他组织器官的大小、形状、相对位置和组织物性信息；通过影像学手段获得肿瘤及周围组织的血管分布和血流灌注情况。
在一优选例中，该“根据该待消融区域的参数计算对该区域冷冻所导致的该区域物性变化，获得使得该区域的物性的变化达到第一预定条件所需的第一规划数据”进一步包括：
考虑组织和大血管的影响，在考虑血流情况下，计算组织预处理所需插入的冷冻针数量及多针协同作用，确保冰球覆盖整个肿瘤；计算形成冰球的冷冻速率，设置冷冻功率。
在一优选例中，该根据该待消融区域的参数计算对该区域冷冻所导致的该区域物性变化，包括，通过冷冻范围和温度场的计算，获得该区域的组织物性在冷冻后的变化。
在一优选例中，该“基于满足该第一预定条件的物性，进一步计算对该区域加热导致的该区域物理变化，获得使得该区域物理变化达到第二预定条件所需的第二规划数据”包括：
根据电磁场和温度场的耦合，考虑肿瘤组织冷冻处理后的物性变化和治疗针之间的协同作用，计算出肿瘤边界内所有细胞和/或微血管原位破碎所需的力，计算出相应的加热速率和总的热剂量，修正插针方案，包括治疗针的数量和位置分布，确保多模态消融治疗时可控制加热范围及与冷冻范围重合度达到预定要求。
在一优选例中，该输出该第一规划数据和该第二规划数据的步骤之后，还包括：
获取预插治疗针的医学影像；
根据该预插治疗针的医学影像计算实际插入的治疗针数量和位置；
判断该实际插入的治疗针数量和位置是否与该第一规划数据和第二规划数据一致；
如果不一致则根据该实际插入的治疗针数量和位置，模拟肿瘤细胞温度场分布和机械力作用情况，计算出预插治疗针形成的消融区域，并根据计算所得消融区域修正规划参数，包括增减治疗针的数量，调整治疗针位置分布，增减加热功率和持续时间。
在一优选例中，在该根据计算所得消融区域修正规划参数之后，还包括：
如果根据修正规划参数，依然无法满足肿瘤边界内肿瘤细胞和/或微血管原位破碎所需热剂量，则重新规划多模态消融方案，修正消融策略，确保肿瘤局部消融完全。
本申请还公开了一种多模态消融治疗术前规划设备，包括：
获取模块，用于获取待消融区域的参数；
第一规划模块，用于根据该待消融区域的参数计算对该区域冷冻所导致的该区域物性变化，获得使得该区域的物性的变化达到第一预定条件所需的第一规划数据；
第二规划模块，用于基于满足该第一预定条件的物性，进一步计算对该区域加热导致的该区域物理变化，获得使得该区域物理变化达到第二预定条件所需的第二规划数据；
输出模块，该第一规划数据和该第二规划数据。
在一优选例中，该第一预定条件该待消融区域形成冰球且该冰球覆盖整个待消融区域；
该第二预定条件包括该待消融区域边界内细胞和/或微血管原位破碎；
该物性变化包括以下变化之一或其任意组合：导电性能的变化、导热性能的变化、电解质分布的变化、血流分布的变化。
在一优选例中，该第一规划数据包括以下之一或其任意组合：
病人体位、皮肤穿刺点、治疗针的数目、治疗针的位置、治疗针的进针路径、治疗针退针次数和距离、冷冻功率和持续时间、降温速率；
该第二规划数据包括以下之一或其任意组合：
病人体位、皮肤穿刺点、治疗针的数目、治疗针的位置、治疗针的进针路径、治疗针退针次数和距离、加热功率和持续时间、升温速率。
在一优选例中，该待消融区域包括肿瘤。
在一优选例中，该获取模块根据病人术前二维或三维影像进行重构分割，提取肿瘤及其他组织器官的大小、形状、相对位置和组织物性信息；并且通过影像学手段获得肿瘤及周围组织的血管分布和血流灌注情况。
在一优选例中，该第一规划模块在考虑组织和大血管的影响，在考虑血流情况下，计算组织预处理所需插入的冷冻针数量及多针协同作用，确保冰球覆盖整个肿瘤；计算形成冰球的冷冻速率，设置冷冻功率。
在一优选例中，该根据该待消融区域的参数计算对该区域冷冻所导致的该区域物性变化，包括，通过冷冻范围和温度场的计算，获得该区域的组织物性在冷冻后的变化。
在一优选例中，该第二规划模块根据电磁场和温度场的耦合，考虑肿瘤组织冷冻处理后的物性变化和治疗针之间的协同作用，计算出肿瘤边界内所有细胞和/或微血管原位破碎所需的力，计算出相应的加热速率和总的热剂量，修正插针方案，包括治疗针的数量和位置分布，确保多模态消融治疗时可控制加热范围及与冷冻范围重合度达到预定要求。
在一优选例中，还包括规划调整模块，用于
获取预插治疗针的医学影像；
根据该预插治疗针的医学影像计算实际插入的治疗针数量和位置；
判断该实际插入的治疗针数量和位置是否与该第一规划数据和第二规划数据一致；
如果不一致则根据该实际插入的治疗针数量和位置，模拟肿瘤细胞温度场分布和机械力作用情况，计算出预插治疗针形成的消融区域，并根据计算所得消融区域修正规划参数，包括增减治疗针的数量，调整治疗针位置分布，增减加热功率和持续时间；
如果根据修正规划参数，依然无法满足肿瘤边界内所有肿瘤细胞和/或微血管原位破碎所需热剂量，则重新规划多模态消融方案，修正消融策略，确保肿瘤局部消融完全。
本申请还公开了一种多模态消融治疗术前规划设备，包括：
存储器，用于存储计算机可执行指令；以及
处理器，用于在执行该计算机可执行指令时实现上述多模态消融治疗术前规划方法的步骤。
本申请还公开了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现上述多模态消融治疗术前规划方法的步骤。
在另一优选例中，上述方法和/或设备不用于疾病的治疗和诊断过程。
本申请实施方式与现有技术相比，能够对术中热剂量及其作用范围和效果进行客观而精确的计算和评估，能够建立一种客观、科学、定量的局部消融治疗肿瘤术前规划，有利于提高对肿瘤实施局部消融治疗的安全性和有效性，对于实现精准治疗具有重要意义。
本申请的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本申请所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本申请上述发明内容中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均因视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征A+B+C，在另一个例子中公开了特征A+B+D+E，而特征C和D是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征E技术上可以与特征C相组合，则，A+B+C+D的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而A+B+C+E的方案应当视为已经被记载。
附图说明
图1是本申请第一实施方式中一种多模态消融治疗术前规划方法的流程示意图
图2是本申请第一实施方式中一个实施例的流程示意图
图3是本申请第二实施方式中一种多模态消融治疗术前规划设备的结构示意图
图4是本申请一个实施例中计算模型示意图
图5是本申请一个实施例中电导率测量示意图
图6是本申请一个实施例中电阻抗测量结果
图7是本申请一个实施例中电导率随频率变化结果
图8是本申请一个实施例中多模态消融温度场分布图
图9是本申请一个实施例中组织切片图
图10-13是本申请一个实施例中冷冻过程的相关图表
具体实施方式
在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
需要说明的是，本申请的技术方案不属于疾病的治疗和诊断方法。本申请的技术方案只是提供多模态消融治疗术的规划信息，这些信息只是供医生在手术前参考，并非代替医生直接对病人进行手术，并不直接作用于人体，所以并不属于疾病的治疗方法。在一个优选的实施方式中，整个技术方案是在计算机系统中执行的，该计算机系统通过数据接口从外部设备(例如医疗影像设备、或者医疗影像的存储设备)中获得医疗影像数据，对该数据进行分析得到待消融区域的相关参数，再结合从输入设备中得到的信息(例如医生通过鼠标、键盘输入的交互信息)，建立物理模型进行计算，最终在显示器上以图形或文字方式输出规划数据，并显示按照该规划数据执行的预期效果图。可见，该实施方式的本质是一个用于处理医学数据，并模拟特定物理过程的特定计算机系统。本申请的技术方案也不涉及疾病的诊断方法，因为在应用本技术方案之前，病人已经被明确地诊断(典型的是肿瘤类疾病)，本申请的技术方案也并没有提供进一步的诊断。
部分概念的说明：
物性：指物理性质，在申请中主要指生物组织的物理性质，包括包括导电性、导热性、血流变化、电解质分布等。
治疗针：插入待消融区域，实施冷冻和加热的针。又称为消融针。在本申请中有时简称为“针”。
CT：计算机断层成像(Computed Tomography)，又称为“电脑断层扫描”。
MRI：磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging)，又称核磁共振成像(NuclearMagnetic Resonance Imaging，简称NMRI)。
DWI：磁共振扩散加权成像(diffusion weighted imaging)。
下面概要说明本申请的部分创新点
通过医学影像设备拍摄肿瘤区域的医学影像，对该医学影像进行分析以及其他输入设备输入的数据可以得到待消融区域的参数(例如待消融区域内肿瘤及其他组织器官的大小、形状、相对位置和组织物性等特征信息，以及周围组织的血管分布和血流灌注情况等)。根据这些参数，建立一个用于冷冻计算的物理模型，计算对该待消融区域进行冷冻时所产生的物性变化(例如导热性、导电性等物性)，进而计算得到使得该区域的物性的变化达到第一预定条件所需的第一规划数据，或者说使得该区域的物性达到特定的程度，其中第一预定条件的基本要求是该区域物性状态达到基本能够在各向同性地传导加热的热量的程度，例如能够在待消融区域形成一个覆盖整个区域的均匀冰球。在该区域的物性达到上述程度之后，在此基础上建立物理模型计算对该区域加热导致的物理变化，进而计算得到达到第二预定条件(例如，使该区域边界内细胞和/或微血管原位破碎)所需的第二规划数据。此后，将各规划数据通过图形或文字方式在显示设备上显示，或其他方式输出(例如保存到数据库)。通过上述方案，可以使得医生在消融手术之前就可以知道理想的规划，包括治疗针的数量、位置、进针路线、每根治疗针的冷冻功率、冷冻时长、加热功率、加热时长等关键信息，同时也可以知道按照这个规划所消融的范围，从而大大提高了手术的成功率。
在满足第一预定条件的物性基础上建立进行加热计算的物理模型，可以大大简化加热计算的物理模型，加快计算的速度，因为该物理模型不再需要考虑热传导性能差异很大的不同组成部分(例如肿瘤组织和血液在热传导能力上的明显差异)。
本申请的一个要点在于，在预先的冷冻的时候，待消融区域的物理性质必须变化到一定的程度(即第一预定条件)，或者说待消融区域的物理性质发生了质变，这个程度是该区域物性状态达到能够大致各向同性地传导加热的热量的程度，例如能够在待消融区域形成一个覆盖整个区域的均匀冰球。对该区域的加热是在物性达到上述程度以后进行的。如果冷冻没有能够达到上述程度，直接对待消融区域进行加热的话，由于该区域的组成比较复杂，既存在肿瘤组织，也存在正常组织，还有各种大小的血管和其中的血液，这种复杂的组成会导致该区域在加热时会呈现加热不均匀的问题，即加热一定时间后，有些部分已经过度加热，而另一些部分的加热可能还远远不足，这会严重地影响热消融的效果。
本申请的另一个要点在于，在待消融区域形成一个覆盖整个区域的均匀冰球后，再进行加热，并且该加热的功率(对应加热速率)和热剂量是有特定要求的(第二预定条件)，即待消融区域边界内细胞和/或微血管原位破碎。微血管的破碎，消除了肿瘤组织内血流热扩散效应，大大提高加热消融效率；细胞原位破碎就可以释放出抗原，从而可能激发机体免疫响应，大大减少癌症复发的机会。另外，冷冻和加热的功率和剂量是有上限的，或者说第一或第二预定条件可以有进一步的限制，即不可以使抗原失去活性。
可选地，在输出初步的规划数据之后，系统还可以通过与医学影像设备的接口，进一步的输入预插治疗针的医学影像，对这些医学影像进行图像分析，可以获得实际插入的治疗针数量和位置，基于这些信息，计算原规划中的冷冻功率、冷冻时长、加热功率、加热时长是否可以预期的效果(例如待消融区域边界内细胞和/或微血管原位破碎)，如果不行的话，可以基于实际插入的治疗针数量和位置计算为了达到预期的效果所需的冷冻功率、冷冻时长、加热功率、加热时长，甚至补针或调整部分治疗针的位置，将这些新的规划信息及其效果通过图形或文字的方式显示给医生，从而为医生提供新的帮助信息。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施方式中的多模态消融术是一种通过对肿瘤组织进行预冷冻处理，改变组织物性及血流状态，提升加热效率，有效实现肿瘤细胞和/或肿瘤组织微血管原位破碎的同时，最大程度释放肿瘤抗原，激发机体抗肿瘤免疫响应的肿瘤热消融微创治疗手术。
现有消融术前规划技术都是针对单一射频消融或者单一冷冻消融治疗肿瘤进行术前规划，而本技术既可针对单一射频加热消融、单一冷冻消融，还可对多模态消融手术进行术前规划；现有技术没有在术前规划时对热剂量进行精准分析，一般将消融区域简化为椭球体，没有考虑到多根消融针的协同作用，也没有考虑到肿瘤附近存在大血管时对消融区域热剂量的影响，规划方案精度不高。而本技术的创新点在于在现有技术的基础上，新增了①在术前规划时，可考虑到肿瘤附近有大血管影响下，对消融区域热剂量的影响。②可快速计算出单针消融或者多针消融时的相互作用，对应温度场分布以及消融区域。③在多模态消融治疗时可控制加热范围及与冷冻范围重合度，从而达到最大程度的激发机体免疫响应。④根据生物传热传质原理，精确计算出在组织物性(包括导电性、导热性)发生变化后及设定功率下产生的热剂量，确保多模态消融治疗能够在最大程度上破碎肿瘤细胞和肿瘤组织微血管系统，从而达到消融效率的大大提升，以及最大程度的肿瘤抗原释放，激发机体免疫响应。⑤基于上述条件，自动规划出最佳多模态消融治疗方案。
本发明第一实施方式涉及一种多模态消融治疗术前规划方法。图1是该多模态消融治疗术前规划方法的流程示意图。该多模态消融治疗术前规划方法包括：
在步骤101中，获取待消融区域的参数。优选地，待消融区域包括肿瘤。当然，待消融区域也可以是其他指定的局部组织、某个器官的全部或部分，等等。待消融区域的参数可以包括：待消融区域内肿瘤及其他组织器官的大小、形状、相对位置和组织物性信息，周围组织的血管分布和血流灌注情况，等等。
此后进入步骤102，根据待消融区域的参数计算对区域冷冻所导致的区域物性变化，获得使得区域的物性的变化达到第一预定条件所需的第一规划数据。优选地，第一预定条件是待消融区域的物性达到能够在各个方向上均匀传导热量的状态。优选地，第一预定条件是待消融区域形成冰球且冰球覆盖整个待消融区域。
此后进入步骤103，基于满足第一预定条件的物性，进一步计算对区域加热导致的区域物理变化，获得使得区域物理变化达到第二预定条件所需的第二规划数据。优选地，第二预定条件包括待消融区域边界内细胞和/或微血管原位破碎。可选地，第二预定条件包括待消融区域边界内细胞和/或微血管原位破碎并且细胞内的抗原任保持活性。可选地，在计算第二规划数据时可以对第一规划数据进行一定的调整。
此后进入步骤104，输出第一规划数据和第二规划数据。最终输出的规划结果信息可以是根据第一和第二规划数据得出的，根据不同的应用场景，并不一定包括第一和第二规划数据中的所有内容。可选地，在显示器上以文字和/或图形方式显示多模态消融插针方案和/或所形成的温度场范围。该插针方案包括了第一和第二规划数据中的部分或全部信息。可选地，通过通信网络发送第一和第二规划数据，例如通过电子邮件、即时通信工具发送。可选地，将第一和第二规划数据输出到数据库中。
本技术方案能够对术中热剂量及其作用范围和效果进行客观而精确的计算和评估，能够建立一种客观、科学、定量的局部消融治疗肿瘤术前规划，有利于提高对肿瘤实施局部消融治疗的安全性和有效性，对于实现精准治疗具有重要意义。
下面详细说明该实施方式的细节：
物性变化中的物性可以包括以下之一或其任意组合：导电性、导热性、血流变化、电解质分布、等等。
第一规划数据可以包括以下之一或其任意组合：
病人体位、皮肤穿刺点、治疗针的数目、治疗针的位置、治疗针的进针路径、治疗针退针次数和距离、冷冻功率和持续时间、降温速率、等等。
第二规划数据可以包括以下之一或其任意组合：
病人体位、皮肤穿刺点、治疗针的数目、治疗针的位置、治疗针的进针路径、治疗针退针次数和距离、加热功率和持续时间、升温速率、等等。
优选地，第一规划数据和第二规划数据中，治疗针的数量和每根治疗针的位置是相同的。这样可以在冷冻结束后无需调整治疗针就可以进行加热。
步骤101的实现方式可以是多种多样的。优选地，根据病人术前二维或三维影像进行重构分割，提取肿瘤及其他组织器官的大小、形状、相对位置和组织物性等特征信息，通过影像学手段获得肿瘤及周围组织的血管分布和血流灌注情况。可选地，计算机通过交互界面与医生进行交互，医生通过键盘、鼠标等输入设备将待消融区域的参数输入到计算机。可选地，计算机与医学影像设备(如X光机、CT、MRI等)通过通信接口连接，从该接口接收病人的医学影像，通过对这些医学影像的图像分析得至少一部分的待消融区域的参数。可选地，计算机与数据库服务器连接，从数据库中获得至少一部分的待消融区域的参数。
优选地，步骤102在实现时，考虑组织和大血管的影响，在考虑血流情况下，计算组织预处理所需插入的冷冻针数量及多针协同作用，确保冰球覆盖整个肿瘤。计算形成冰球的冷冻速率，设置冷冻功率。
优选的，步骤102中“根据待消融区域的参数计算对区域冷冻所导致的区域物性变化”，包括，通过冷冻范围和温度场的计算，获得区域的组织物性在冷冻后的变化。
优选地，步骤103进一步包括：根据电磁场和温度场的耦合，考虑肿瘤组织冷冻处理后的物性变化和治疗针之间的协同作用，计算出肿瘤边界内所有细胞和/或微血管原位破碎所需的力，计算出相应的加热速率和总的热剂量，修正插针方案，包括治疗针的数量和位置分布，确保多模态消融治疗时可控制加热范围及与冷冻范围重合度达到预定要求。
优选地，在步骤104之后，还可以根据实际的预插针情况，对规划数据进行调整，具体地说，可以包括以下步骤：
获取预插治疗针的医学影像。
根据预插治疗针的医学影像计算实际插入的治疗针数量和位置。
判断实际插入的治疗针数量和位置是否与第一规划数据和第二规划数据一致。
如果不一致则根据实际插入的治疗针数量和位置，模拟肿瘤细胞温度场分布和机械力作用情况，计算出预插治疗针形成的消融区域，并根据计算所得消融区域修正规划参数，包括增减治疗针的数量，调整治疗针位置分布，增减加热功率和持续时间。
如果根据修正规划参数，依然无法满足肿瘤边界内所有肿瘤细胞和/或微血管原位破碎所需热剂量，则重新规划多模态消融方案，修正消融策略，确保肿瘤局部消融完全。
为了更好地理解上述方法实施方式，下面举一个具体的实施例。该实施例的流程如图2所示。
步骤S1：获取肿瘤及其他组织器官的大小、形状、相对位置和组织物性等特征信息，及周围组织的血管分布和血流灌注情况。
该步骤可以采用各种常规方式实现，这里的血管不光包括肿瘤附近分布的微小血管，还包括肿瘤附近分布的大血管。
步骤S2：考虑多针协同作用，确保冰球覆盖整个肿瘤，规划多模态消融预冷冻治疗方案，包括所需消融针数量和位置，冷冻功率和时间，模拟进针路径。本实施例中的预冷冻与上文中的冷冻是指同一过程。
具体来说，该步骤包括以下过程：
①规划多模态消融预冷冻治疗方案：
该过程为在考虑多针协同作用下，通过软件快速计算出冰球覆盖整个肿瘤时，所需要的消融针数量和位置，冷冻功率和时间。
②模拟进针路径
该过程可通过与医生实时交互，设置皮肤进针点，模拟进针路径，并利用软件显示模拟插针后的消融范围。
步骤S3：获取肿瘤组织预冷冻处理后的物性参数变化：包括导电性、导热性
具体来说，当肿瘤组织经过预冷冻处理后，其物性参数将发生变化。通过计算得到变化后的物性参数，并带入下一步规划步骤S4中。
步骤S4：计算肿瘤边界内所有细胞和/或微血管原位破碎所需力的作用及相应的加热速率和总热剂量，修正插针方案，包括消融针数量和位置分布。
具体来说，该步骤包括以下过程：
①计算肿瘤边界内所有细胞和/或微血管原位破碎所需力的作用及相应的加热速率和总热剂量：
该计算为通过软件快速计算肿瘤组织经历预冷冻后，使得肿瘤边界内所有细胞原位破碎所需力的作用及相应的加热速率和总热剂量。
②修正插针方案
该过程为根据上述数据，修正插针方案，包括消融针的数量和位置分布，进而达到肿瘤边界内所有细胞和/或微血管原位破碎。
步骤S5：避开大血管及其他重要脏器，调整插针的插入点、进针角度和深度。
此处可以与医生交互调整插针的插入点、进针角度和深度，也可由软件自动调整。
步骤S6：考虑多针协同作用，通过软件精准模拟肿瘤细胞温度场分布以及机械力作用情况，规划多模态消融后置性升温治疗方案，包括加热功率，目标温度和治疗时长。
具体来说，该步骤包括以下过程：
①规划多模态消融后置性升温治疗方案
该过程为考虑该过程为在考虑多针协同作用下，通过软件快速计算出肿瘤组织温度场分布以及机械力作用情况，以及所需要的加热功率，目标温度和治疗时长。
②判断是否满足肿瘤原位细胞和微血管破碎所需热剂量
通过软件快速计算和分析，如果规划方案满足肿瘤原位细胞和微血管破碎所需热剂量，则执行步骤S7；若不满足，则重复执行步骤S2-S6直至肿瘤原位细胞破碎。
步骤S7：输出规划参数，并预插消融针。
即为医生根据规划参数，对病人实施预插消融针。
步骤S8：获取预插消融针手术CT/MRI影像。
具体来说，该步骤包括以下过程：
获取预插消融针手术CT/MRI影像，同时利用图像处理，判断预插消融针位置、数量与规划消融针位置、数量是否一致。若一致，则结束规划，开始正式手术；若不一致，则执行步骤S9-S10，直至确保肿瘤细胞和/或微血管原位破碎。
步骤S9：根据预插消融针位置，通过软件精准模拟肿瘤细胞温度场分布以及机械力作用情况。
此处为在预插消融针位置不变的情况下，通过软件重新计算当前肿瘤细胞温度场分布以及机械力作用情况。同时判断是否满足肿瘤原位细胞破碎所需热剂量，若满足，则结束规划，开始正式手术；若不满足，则执行步骤S10。
步骤S10：重新规划多模态消融治疗方案，修正治疗策略，包括：补针、改变功率等。
此处为预插消融针后，通过软件模拟的肿瘤细胞温度场无法满足肿瘤原位细胞和微血管破碎时，通过补针、改变功率等方式修正治疗策略，从而达到使肿瘤原位细胞和微血管破碎。
本发明第二实施方式涉及一种多模态消融治疗术前规划设备。图3是该多模态消融治疗术前规划设备的结构示意图。该多模态消融治疗术前规划设备包括：
获取模块，用于获取待消融区域的参数。
第一规划模块，用于根据待消融区域的参数计算对区域冷冻所导致的区域物性变化，获得使得区域的物性的变化达到第一预定条件所需的第一规划数据。
第二规划模块，用于基于满足第一预定条件的物性，进一步计算对区域加热导致的区域物理变化，获得使得区域物理变化达到第二预定条件所需的第二规划数据。
输出模块，第一规划数据和第二规划数据。
获取模块的实现方式可以是多种多样的，可选地，获取模块包括与医学影像设备连接的接口和图像分析单元，通过该接口获得医学影像，根据病人术前二维或三维影像进行重构分割，提取肿瘤及其他组织器官的大小、形状、相对位置和组织物性等特征信息。并且通过影像学手段获得肿瘤及周围组织的血管分布和血流灌注情况。该接口可以是网络接口、通信接口等。该图像分析单元可以基于传统的医学图像分析技术，可以基于AI(人工智能)技术。可选地，获取模块包括鼠标、键盘、触摸屏等输入装置，通过这些输入装置获得待消融区域的各种参数。
优选地，第一预定条件包括：待消融区域形成冰球且冰球覆盖整个待消融区域。第二预定条件包括：待消融区域边界内细胞和/或微血管原位破碎。
优选地,物性变化包括导电性和/或导热性的变化。可选地，物性变化还可以包括电解质分布的变化。可选地，物性变化还可以包括电解质分布的变化血流分布的变化等。
第一规划数据可以包括以下之一或其任意组合：
病人体位、皮肤穿刺点、治疗针的数目、治疗针的位置、治疗针的进针路径、治疗针退针次数和距离、冷冻功率和持续时间、降温速率、等等。
第二规划数据可以包括以下之一或其任意组合：
病人体位、皮肤穿刺点、治疗针的数目、治疗针的位置、治疗针的进针路径、治疗针退针次数和距离、加热功率和持续时间、升温速率、等等。
优选地，第一规划数据和第二规划数据中，治疗针的数量和每根治疗针的位置是相同的。这样可以在冷冻结束后无需调整治疗针就可以进行加热。
优选地，待消融区域包括肿瘤。
优选地，第一规划模块在考虑组织和大血管的影响，在考虑血流情况下，根据第一物理模型计算组织预处理所需插入的冷冻针数量及多针协同作用，确保冰球覆盖整个肿瘤。计算形成冰球的冷冻速率，设置冷冻功率。
优选地，第一规划模块在根据待消融区域的参数计算对区域冷冻所导致的区域物性变化时，通过冷冻范围和温度场的计算，获得区域的组织物性在冷冻后的变化。
优选地，第二规划模块根据电磁场和温度场的耦合，考虑肿瘤组织冷冻处理后的物性变化和治疗针之间的协同作用，计算出肿瘤边界内所有细胞和/或微血管原位破碎所需的力，计算出相应的加热速率和总的热剂量，修正插针方案，包括治疗针的数量和位置分布，确保多模态消融治疗时可控制加热范围及与冷冻范围重合度达到预定要求。
优选地，多模态消融治疗术前规划设备还包括规划调整模块，用于
获取预插治疗针的医学影像。
根据预插治疗针的医学影像计算实际插入的治疗针数量和位置。
判断实际插入的治疗针数量和位置是否与第一规划数据和第二规划数据一致。
如果不一致则根据实际插入的治疗针数量和位置，模拟肿瘤组织温度场分布和机械力作用情况，计算出预插治疗针形成的消融区域，并根据计算所得消融区域修正规划参数，包括增减治疗针的数量，调整治疗针位置分布，增减加热功率和持续时间。
如果根据修正规划参数，依然无法满足肿瘤边界内所有肿瘤细胞和/或微血管原位破碎所需热剂量，则重新规划多模态消融方案，修正消融策略，确保肿瘤局部消融完全。
第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
最后，再对本发明的部分要点进行一下总结：
1)本发明包含多模态消融治疗的术前规划方法和系统，是首次提出多模态消融治疗概念；
2)主要采集参数除了肿瘤及其周围组织器官的大小、形状、相对位置，还包括组织物性信息(包括导电性、导热性、血流变化、电解质分布)；及通过影像(如DWI影像)获取周围组织的血管分布和血流灌注情况；
3)规划的第一步是模拟肿瘤预冷冻，为了使得组织物性(包括导电性、导热性、血流变化、电解质分布)发生变化，设定合适的降温速率(冷冻功率)；
4)术前规划的关键是计算肿瘤边界内细胞和/或微血管原位破碎所需的力，从而计算出加热速率和总热剂量，在此过程中要进行电磁场和温度场的耦合计算，同时考虑多针的协同作用，修正插针方案，包括消融针的数量和位置分布，从而确定升温速率(加热功率)；
5)术前规划给出的指标(参数)包括①合适体位；②确定皮肤穿刺点及进针路径；③治疗针的数目、位置、路径、退针次数和距离；④预冷却过程所需功率、降温速率与治疗时长；⑤热消融功率、升温速率与治疗时长；
6)多模态消融治疗的术前规划系统按模块化表示，作为方法的载体来保护。
下面介绍本申请一个具体实施例中使用的物理模型：
在术前规划中，将在体组织简化为如下图4所示的圆柱体。圆柱体的直径为8cm，高度为2.25cm。预冷冻处理区域被简化为直径2.5cm，高度2.25cm的小圆柱体。
对于冷冻过程，采用Pennes生物传热方程描述组织内的传热过程：
Figure GDA0001616513850000211
其中ρ是质量密度，c是比热容，T是组织温度，k是导热率，ωb是血液灌注率，下标b代表血液。在加热过程中，其代谢产热可以忽略不计：qm＝0
由于冷冻过程会发生相变，组织的热物理性质会随着温度的改变而变化：
(1)导热系数随着组织固化而逐渐变大，0℃以上时，导热系数为0.51W/(m·K)，0℃至-10℃之间，组织的导热系数呈线性变化规律，-10℃时达到最大值1.56W/(m·K)；温度低于-10℃后组织的导热系数不再变化，维持在1.56W/(m·K)，如图9所示。
(2)组织的比热在高于0℃时为定值，3.689kJ/kg·K，温度低于-10℃时也为定值，1.977kJ/kg·K。但在到之间组织会发生相变，产生相变潜热，本文采用一个有效的比热值来代替潜热，肿瘤的相变潜热为250kJ/kg，所以根据计算，本文将-3℃作为有效比热的峰值，有效比热值为47.509kJ/(kg·K)，如图10所示。
(3)血流灌注率在高于0℃时设为定值0.016(1/s)，温度降至0℃左右血流灌注系统被破坏，血流灌注率始终为0，如图11所示。
冷冻探针表面的温度随时间变化，其温度条件为(图12)：
TP＝T(t) (2)
对于暴露空气的外表面采用自然对流边界条件：
Figure GDA0001616513850000221
其中hs设置为25W/m2·K，Tair为25℃。组织和血液的初始温度设定为37℃。下标boundary代表边界，下标air代表空气。
模型中采用的其它性质如表1所示。
由于采用的RF频率为460kHz，其波长比组织的尺寸大的多。因此，使用准静态近似来模拟电场：
Figure GDA0001616513850000231
其中V是电压，σ是电导率。
电场的边界条件如下：
Vpositive-electrode＝constant Vnegative-electrode＝0 (5)
Figure GDA0001616513850000232
方程(5)描述两个电极之间施加恒定电压，而方程(6)描述在模型的空气-组织界面处使用诺伊曼边界条件。
对于加热过程描述如下：
由电场产生热源(qh)可以由以下公式计算：
Figure GDA0001616513850000234
采用Pennes生物传热方程描述组织内的传热过程：
Figure GDA0001616513850000233
其中ρ是质量密度，c是比热容，T是组织温度，k是热导率，ωb是血液灌注率。在加热过程中，其代谢产热可以忽略不计：qm＝0
对于暴露空气的外表面采用自然对流边界条件：
Figure GDA0001616513850000235
其中hs设置为25W/m2·K，Tair25℃。
对于正常组织，组织和血液的初始温度设定为37.5℃，对于预冷冻组织初始温度设定为36.5℃。模型中使用的肝脏特性如表1所示。正常组织和冷冻组织的电导率变化可以通过实验获得。正常肝组织的热导率在文献中为0.49(W/mK)。对于冷冻后的组织，血流完全停止，这可能改变组织的表观热导率。实验证明冷冻加热交替的过程将导致严重的血管损伤，因此将预冷冻后的组织血液灌注率设定为零。射频加热过程中，正常肝组织的血液灌注率受组织温度影响较大，因此通过模拟确定正常组织的血液灌注率。
表1在数字模拟模型中使用的物性
Figure GDA0001616513850000241
下面介绍测量电导率的实验：
采用四电极法测量阻抗方法计算电导率。恒定的电流被施加到外部的两个电极，而内部两个电极用于测量电势差。Steendijk的研究表明，只要组织厚度是电极间距的1.95倍，就可以采用半无限模型。我们使用的电极距离是5毫米，兔肝脏的厚度是20毫米，所以使用半无限模型是合理的。如图5所示，实验室自制的四电极探针与组织表面紧密接触，其中两个相邻电极之间的距离为5mm。采用阻抗分析仪(Agilent，E4980A)，在电极1和4之间，施加1kHz至2MHz范围内的交流电(有效值为20mA)。电极2和3进行电压测量U(ω)。从而获得不同频率下的组织阻抗，并用虚数Z(ω)＝|Z|ejθ进行描述。阻抗分析仪直接读取|Z|和相位θ。
实验中采用三只兔子用于电导率测量。首先进行剖腹手术以暴露肝脏。对于每只兔子，选择一叶肝进行实验，并将测量过程分成三种不同的状态：(a)正常(b)预冷(c)预冷后加热。在热处理之前，阻抗Z(ω)被记录为状态(a)。然后，使用与上述实验相同的方案冷冻组织。解冻后，作为状态(b)进行第二次测量。随后，将预冷冻区以460kHz-22.5V的电压条件进行30s加热。这里使用较低的电压和较短的加热时间以避免发生组织凝固。加热结束后，将组织冷却至常温。然后，作为状态(c)进行第三次测量。对于每只兔子，以三种不同状态(正常，预冷以及预冷后加热)以及不同的频率获得阻抗测量的结果。
假定组织为半无限导体，则组织电导率可以从以下式子得到：
σ(ω)＝1/2πaR(ω) (10)
其中a是两个相邻电极之间的距离(a＝5mm)，R(ω)是组织的等效电阻。
将组织看作电阻和电容的并联电路，组织的等效电阻可以由其阻抗Z(ω)计算：
1/Z(ω)＝1/R(ω)+jωC(ω) (11)
R(ω)＝1/Re[Z(ω)] (12)
在图6a中，三种不同条件下(正常，预冷以及预冷后加热)测量的阻抗Z(ω)被绘制为Cole-Cole曲线，其中水平坐标是阻抗的实部，垂直坐标是虚部。从最右边的数据点到最左边的数据点，施加的频率从1kHz增加到2MHz。在低频下，三种条件下的数据点分散很远。随着频率的增加，这些数据点逐渐收敛。图6b显示了阻抗模量随频率变化曲线。在低频时，预冷后加热组的阻抗模量值远小于其他两组。随着频率的增加，阻抗模量下降，不同条件间的差距也越来越小。当频率大于100kHz时，数据逐渐收敛。
基于方程1和3，计算组织电导率。下图7a显示了三种条件下电导率随频率变化的关系。在低频时，正常组织的电导率小于其他两组条件的电导率。随着频率的增加，电导率呈上升趋势，且正常组织的电导率增加幅度最大。选择1kHz，460kHz和１500kHz三个代表性频率进行分析。如下图7b和表2所示，在1kHz时，与正常组织相比，预冷后加热组的组织电导率相比于正常组织几乎增加了一倍，且有显著性差异(P＜0.05)。
Table 2 Electrical conductivity at three selected frequencies
Electrical conductivity(S/m) Normal Freezing Freezing-heating
1kHz 0.137±0.0088 0.179±0.0166 0.262±0.0464
460kHz 0.402±0.0031 0.348±0.0032 0.380±0.0169
1500kHz 0.522±0.0192 0.462±0.0293 0.500±0.0040
上述实验结果可以看出，不同条件(正常，预冷以及预冷后加热)的物性(电导率)是不同的。而组织电导率对于射频加热是有很大影响的。所以通过计算在预冷冻过程中组织的物性变化程度，才可以准确地计算出加热过程中的加热效果。
下面说明本申请一个实施例中的实验验证结果
1.多模态消融实验
首先进行离体和在体实验以比较射频加热过程中的升温情况。三块新鲜的猪肝用于离体实验。在每块猪肝中，选择两个靠近中心但彼此没有影响的位置进行两种不同的射频加热：(a)直接进行RF加热；(b)预先冷冻后再进行RF加热。实验采用商业射频双极探针(Olympus-CELON)进行加热，电极有效长度为2cm。对于直接RF加热过程，使用四个热电偶记录组织中不同位置的温度。为了确定热电偶和射频探针的相对位置，我们设计并制造了一个带通道的夹具。中间的通道用于固定射频探针，其余通道用于固定热电偶。四个热电偶分别距射频探针4mm，5mm，8mm和10mm。射频针的插入深度为2cm，施加的电压为460kHz-30V，加热时间为3分钟。对于预先冷冻再进行射频加热过程，首先将肝脏用实验室自制的冷冻系统进行冷冻。冷冻探针尖端的直径为10毫米，它与肝脏的表面紧密贴合。液氮从常压液氮罐通过真空泵输送到冷冻探头，泵功率稳定在15W，以保持恒定的液氮速率。与组织接触的探头表面温度将通过位于其间的热电偶进行测量。当组织表面冰球的直径达到2.5cm时结束冷冻，总冷冻时间约8分钟。冷冻后，15分钟的解冻时间以确保组织恢复到正常温度。随后，将射频探头和热电偶插入预冷冻区域的中心，然后进行RF加热过程。
采用三只兔子用于在体实验。兔子重量在2kg-3kg之间。首先采用静脉内注射1ml/kg的3％戊巴比妥钠溶液进行麻醉。在实验中，将兔子背躺，进行剖腹切口以暴露肝脏。一只兔子总共有三叶肝，选择每只兔子中最有可能暴露于外的两叶肝进行实验。直接射频加热与预先冷冻后的射频加热分别在两叶肝中进行。为避免肝脏脱水碳化，将施加于射频探针的电压设定为28.5V，其余方案与上述离体实验相同。
2、多模态消融组织大幅度提高射频消融效率
在肝组织中进行了直接以及预先冷冻后的射频加热实验。在冷冻过程中，热电偶记录冷冻探针表面最低温度为-110℃。图8a和8b分别显示了离体与在体RF加热过程的温度变化曲线。红色标记代表预先冷冻后的RF加热组，黑色标记代表直接RF加热组。在体实验(图8b)，结果显示预先冷冻的组织升温速率明显高于未预冷的组织：在2分钟时，预冷后的射频加热最高温度超过70℃，而没有进行预冷的射频加热最高温度低于60℃。两个条件下各测量点升温幅度都有显著性差异(P<0.05)，证明多模态消融大幅度提高了射频加热效率。
3.多模态消融实现原位细胞和微血管破碎，释放活性抗原
实验后，将兔子安乐死并取出肝脏。将消融区域从肝脏中切下，并用10％中性福尔马林溶液固定。固定后，将每个试样沿着中心横截面(垂直于RF探针)一分为二。将样品用石蜡包埋后，进行组织切片，然后用HE染色进行光学显微镜扫描。图9显示了直接射频加热(a-d)与组织预冷后射频加热(e-h)的组织病理学图像。在射频针插针针道周围(图9a的空心)，两种条件下都可以看到明显的热损伤区域。在图9a和9e中，H1，H2显示两个不同消融区域，H3区为外围正常组织。在消融的中心区域(H1区)(图9b和图9f)，大多数细胞的细胞核固缩，细胞质表现为收缩带坏死或凝固坏死，两种条件下带宽比较一致，分别为2.173±0.198mm和2.674±0.043mm。然而，中心凝固区外有一个过渡区(H2区)，这一区域组织细胞和血管大量破碎，细胞核也有固缩。与直接射频加热相比，组织预冷冻后射频加热的H2区带宽大幅度增加(3.129±0.113mm与0.483±0.117mm相比)，而且出血现象更加严重，细胞破裂更加彻底。这一现象，不仅证明了同样加热功率下多模态消融体积的大幅度增大，而且在亚高温下原位细胞破碎，释放大量活性抗原，可以激活机体免疫响应。
这个实验结果证明了不同的物性条件下进行加热治疗的效果会有很大的差异，而通过本申请的术前规划，可以比较准确地计算预冷冻过程物性变化的程度，和在该物性变化结果上进一步进行加热所导致的物理变化，从而可以比较准确地预测特定规划下的治疗结果，或者根据需要的治疗结果推算出所需的规划。
本发明的各方法实施方式均可以以软件、硬件、固件等方式实现。不管本发明是以软件、硬件、还是固件方式实现，指令代码都可以存储在任何类型的计算机可访问的存储器中(例如永久的或者可修改的，易失性的或者非易失性的，固态的或者非固态的，固定的或者可更换的介质等等)。同样，存储器可以例如是可编程阵列逻辑(Programmable ArrayLogic，简称“PAL”)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称“RAM”)、可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory，简称“PROM”)、只读存储器(Read-Only Memory，简称“ROM”)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable ROM，简称“EEPROM”)、磁盘、光盘、数字通用光盘(Digital Versati le Disc，简称“DVD”)等等。
本发明的实施方式还包括一种计算机系统，该计算机系统包括处理器和存储介质，该存储介质中存储有用于实现上述方法实施方式的程序，该处理器用于执行该程序，以实现上述方法实施方式所描述的技术方案。
需要说明的是，本领域技术人员应当理解，上述多模态消融治疗术前规划设备的实施方式中所示的各模块的实现功能可参照前述多模态消融治疗术前规划方法的相关描述而理解。上述多模态消融治疗术前规划设备的实施方式中所示的各模块的功能可通过运行于处理器上的程序(可执行指令)而实现，也可通过具体的逻辑电路而实现。本发明实施例上述用户设备如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
相应地，本发明实施例还提供一种计算机存储介质，其中存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现本发明的各方法实施方式。
此外，本发明实施例还提供一种多模态消融治疗术前规划设备，其中包括用于存储计算机可执行指令的存储器，以及，处理器；该处理器用于在执行该存储器中的计算机可执行指令时实现上述各方法实施方式中的步骤。
需要说明的是，在本专利的申请文件中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本专利的申请文件中，如果提到根据某要素执行某行为，则是指至少根据该要素执行该行为的意思，其中包括了两种情况：仅根据该要素执行该行为、和根据该要素和其它要素执行该行为。多个、多次、多种等表达包括2个、2次、2种以及2个以上、2次以上、2种以上。
在本申请提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本申请的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本申请作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所要求保护的范围。

Claims (24)

1.一种多模态消融治疗术前规划方法，其特征在于，包括：
获取待消融区域的参数；
根据所述待消融区域的参数计算对所述区域冷冻所导致的所述区域物性变化，获得使得所述区域的物性的变化达到第一预定条件所需的第一规划数据，所述第一预定条件包括所述待消融区域形成冰球且所述冰球覆盖整个待消融区域；
基于满足所述第一预定条件的物性，进一步计算对所述区域射频消融加热导致的所述区域物理变化，获得使得所述区域物理变化达到第二预定条件所需的第二规划数据，所述第二预定条件包括所述待消融区域边界内细胞和/或微血管原位破碎以释放出抗原；所述冷冻的功率和剂量的上限是不能够使得所述抗原失去活性；所述加热的功率和剂量的上限是不能够使得所述抗原失去活性；以及，
输出所述第一规划数据和所述第二规划数据。
2.根据权利要求1所述的多模态消融治疗术前规划方法，其特征在于，所述输出所述第一规划数据和所述第二规划数据，包括：
根据所述第一规划数据和所述第二规划数据，以文字和/或图形方式显示多模态消融插针方案和/或所形成的温度场分布。
3.根据权利要求1所述的多模态消融治疗术前规划方法，其特征在于，所述物性变化包括以下变化之一或其任意组合：导电性能的变化、导热性能的变化、电解质分布的变化、血流分布的变化。
4.根据权利要求1所述的多模态消融治疗术前规划方法，其特征在于，所述第一规划数据包括以下之一或其任意组合：
病人体位、皮肤穿刺点、治疗针的数目、治疗针的位置、治疗针的进针路径、治疗针退针次数和距离、冷冻功率和持续时间、降温速率。
5.根据权利要求1所述的多模态消融治疗术前规划方法，其特征在于，所述第二规划数据包括以下之一或其任意组合：
病人体位、皮肤穿刺点、治疗针的数目、治疗针的位置、治疗针的进针路径、治疗针退针次数和距离、加热功率和持续时间、升温速率。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的多模态消融治疗术前规划方法，其特征在于，所述待消融区域包括肿瘤。
7.根据权利要求6所述的多模态消融治疗术前规划方法，其特征在于，所述待消融区域的参数包括以下信息之一或其任意组合：
所述待消融区域内肿瘤及其他组织器官的大小、形状、相对位置和组织物性信息，周围组织的血管分布和血流灌注情况。
8.根据权利要求7所述的多模态消融治疗术前规划方法，其特征在于，所述获取待消融区域的参数，包括，
根据病人术前二维或三维影像进行重构分割，提取肿瘤及其他组织器官的大小、形状、相对位置和组织物性信息；通过影像学手段获得肿瘤及周围组织的血管分布和血流灌注情况。
9.根据权利要求6所述的多模态消融治疗术前规划方法，其特征在于，所述“根据所述待消融区域的参数计算对所述区域冷冻所导致的所述区域物性变化，获得使得所述区域的物性的变化达到第一预定条件所需的第一规划数据”进一步包括：
考虑组织和大血管的影响，在考虑血流情况下，计算组织预处理所需插入的冷冻针数量及多针协同作用，确保冰球覆盖整个肿瘤；计算形成冰球的冷冻速率，设置冷冻功率。
10.根据权利要求6所述的多模态消融治疗术前规划方法，其特征在于，所述根据所述待消融区域的参数计算对所述区域冷冻所导致的所述区域物性变化，包括，通过冷冻范围和温度场的计算，获得所述区域的组织物性在冷冻后的变化。
11.根据权利要求6所述的多模态消融治疗术前规划方法，其特征在于，所述“基于满足所述第一预定条件的物性，进一步计算对所述区域加热导致的所述区域物理变化，获得使得所述区域物理变化达到第二预定条件所需的第二规划数据”包括：
根据电磁场和温度场的耦合，考虑肿瘤组织冷冻处理后的物性变化和治疗针之间的协同作用，计算出肿瘤边界内所有细胞和/或微血管原位破碎所需的力，计算出相应的加热速率和总的热剂量，修正插针方案，包括治疗针的数量和位置分布，确保多模态消融治疗时可控制加热范围及与冷冻范围重合度达到预定要求。
12.根据权利要求6所述的多模态消融治疗术前规划方法，其特征在于，所述输出所述第一规划数据和所述第二规划数据的步骤之后，还包括：
获取预插治疗针的医学影像；
根据所述预插治疗针的医学影像计算实际插入的治疗针数量和位置；
判断所述实际插入的治疗针数量和位置是否与所述第一规划数据和第二规划数据一致；
如果不一致则根据所述实际插入的治疗针数量和位置，模拟肿瘤细胞温度场分布和机械力作用情况，计算出预插治疗针形成的消融区域，并根据计算所得消融区域修正规划参数，包括增减治疗针的数量，调整治疗针位置分布，增减加热功率和持续时间。
13.根据权利要求12所述的多模态消融治疗术前规划方法，其特征在于，在所述根据计算所得消融区域修正规划参数之后，还包括：
如果根据修正规划参数，依然无法满足肿瘤边界内肿瘤细胞和/或微血管原位破碎所需热剂量，则重新规划多模态消融方案，修正消融策略，确保肿瘤局部消融完全。
14.一种多模态消融治疗术前规划设备，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取待消融区域的参数；
第一规划模块，用于根据所述待消融区域的参数计算对所述区域冷冻所导致的所述区域物性变化，获得使得所述区域的物性的变化达到第一预定条件所需的第一规划数据，所述第一预定条件包括所述待消融区域形成冰球且所述冰球覆盖整个待消融区域；
第二规划模块，用于基于满足所述第一预定条件的物性，进一步计算对所述区域加热导致的所述区域物理变化，获得使得所述区域物理变化达到第二预定条件所需的第二规划数据，所述第二预定条件包括所述待消融区域边界内细胞和/或微血管原位破碎以释放出抗原；所述冷冻的功率和剂量的上限是不能够使得所述抗原失去活性；所述加热的功率和剂量的上限是不能够使得所述抗原失去活性；
输出模块，所述第一规划数据和所述第二规划数据。
15.根据权利要求14所述的多模态消融治疗术前规划设备，其特征在于，
所述物性变化包括以下变化之一或其任意组合：导电性能的变化、导热性能的变化、电解质分布的变化、血流分布的变化。
16.根据权利要求14所述的多模态消融治疗术前规划设备，其特征在于，所述第一规划数据包括以下之一或其任意组合：
病人体位、皮肤穿刺点、治疗针的数目、治疗针的位置、治疗针的进针路径、治疗针退针次数和距离、冷冻功率和持续时间、降温速率；
所述第二规划数据包括以下之一或其任意组合：
病人体位、皮肤穿刺点、治疗针的数目、治疗针的位置、治疗针的进针路径、治疗针退针次数和距离、加热功率和持续时间、升温速率。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的多模态消融治疗术前规划设备，其特征在于，所述待消融区域包括肿瘤。
18.根据权利要求17所述的多模态消融治疗术前规划设备，其特征在于，所述获取模块根据病人术前二维或三维影像进行重构分割，提取肿瘤及其他组织器官的大小、形状、相对位置和组织物性信息；并且通过影像学手段获得肿瘤及周围组织的血管分布和血流灌注情况。
19.根据权利要求17所述的多模态消融治疗术前规划设备，其特征在于，所述第一规划模块在考虑组织和大血管的影响，在考虑血流情况下，计算组织预处理所需插入的冷冻针数量及多针协同作用，确保冰球覆盖整个肿瘤；计算形成冰球的冷冻速率，设置冷冻功率。
20.根据权利要求17所述的多模态消融治疗术前规划设备，其特征在于，所述根据所述待消融区域的参数计算对所述区域冷冻所导致的所述区域物性变化，包括，通过冷冻范围和温度场的计算，获得所述区域的组织物性在冷冻后的变化。
21.根据权利要求17所述的多模态消融治疗术前规划设备，其特征在于，所述第二规划模块根据电磁场和温度场的耦合，考虑肿瘤组织冷冻处理后的物性变化和治疗针之间的协同作用，计算出肿瘤边界内所有细胞和/或微血管原位破碎所需的力，计算出相应的加热速率和总的热剂量，修正插针方案，包括治疗针的数量和位置分布，确保多模态消融治疗时可控制加热范围及与冷冻范围重合度达到预定要求。
22.根据权利要求14所述的多模态消融治疗术前规划设备，其特征在于，还包括规划调整模块，用于
获取预插治疗针的医学影像；
根据所述预插治疗针的医学影像计算实际插入的治疗针数量和位置；
判断所述实际插入的治疗针数量和位置是否与所述第一规划数据和第二规划数据一致；
如果不一致则根据所述实际插入的治疗针数量和位置，模拟肿瘤细胞温度场分布和机械力作用情况，计算出预插治疗针形成的消融区域，并根据计算所得消融区域修正规划参数，包括增减治疗针的数量，调整治疗针位置分布，增减加热功率和持续时间；
如果根据修正规划参数，依然无法满足肿瘤边界内所有肿瘤细胞和/或微血管原位破碎所需热剂量，则重新规划多模态消融方案，修正消融策略，确保肿瘤局部消融完全。
23.一种多模态消融治疗术前规划设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机可执行指令；以及，
处理器，用于在执行所述计算机可执行指令时实现如权利要求1至13中任意一项所述的多模态消融治疗术前规划方法的步骤。
24.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行时实现如权利要求1至13中任意一项所述的多模态消融治疗术前规划方法的步骤。
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