CN101120890A - 一种重叠覆盖椭球体的消融灶产生系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种重叠覆盖椭球体的消融灶产生系统及方法，包括：主机、射频针装置、被消融物检测装置，其中：消融灶设定单元，用于设定所述射频针所产生的消融灶的大小；层设定单元，用于设定覆盖所述被消融物所需的消融灶层数；分层单元，在所述的高轴上以相对于中心坐标的设定距离划分出垂直于所述高轴的层数与所述消融灶层数相等的横截面层；层覆盖单元，得出覆盖所述横截面层所需的消融灶的个数以及每个消融灶的相对于所述椭球体坐标系的球心坐标；射频针装置，用于根据所述主机输出的消融灶个数以及位置信息，在相应的位置产生消融灶。从而用最少的布针次数覆盖最大范围的肿物，并减少对肿物周围的正常组织的损伤。

Description

一种重叠覆盖椭球体的消融灶产生系统及方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，其特别涉及肿瘤等肿物的射频消融技术，具体的讲是一种重叠覆盖椭球体的消融灶产生系统及方法。

背景技术

射频消融是临床治疗肝癌的一种有效的微创手段。射频消融术是借助超声的引导，把电极针直接插入肿瘤内，推开内套针，其顶端有9根极细的多极针如伞样包绕肿物；通过多极针发射射频能量，热能可均匀分布在肿瘤内，使肿瘤局部产生高温、干燥，最终发生凝固性坏死而达到杀灭肿瘤的目的。

在现有技术中，利用射频消融方法消融肿瘤等肿物的仪器已被广泛应用，例如：中国专利97216395.1公开了一种前列腺组织内消融治疗仪，中国专利93225327.X公开了一种射频消融治疗仪，中国专利99248085.X还公开了一种巨能肿瘤消融刀，这些都是采用射频能量产生消融灶的仪器。

由于肝癌是世界上流行最广的10种恶性肿瘤之一，同时也是我国癌症死亡率的第三位，因此专门用于消融肝癌的射频消融仪器也被广泛应用。例如，中国专利99113777.9公开了一种治疗肝癌门静脉癌栓的超声消融系统，其通过微机、超声波发生器、换能器、变幅杆导丝、射频针等部分所组成的系统，在微机的控制下通过变幅杆导丝产生消融灶，从而消融癌栓。该系统不仅可以消融癌栓，还可以消融其它血管内癌栓或沙样结石的治疗。

但是，现有技术中的多数射频设备单次布针仅能产生一个直径在3cm至5cm的球形凝固灶，对于较大肿瘤而言，单个消融灶不能覆盖整个肿瘤，因此需多次布针重叠消融才能彻底覆盖灭活，也就是说需要产生多个消融灶才能完全覆盖大的肿瘤。由于肿瘤往往是不规则形状，而消融灶为标准的球体，所以在什么位置产生消融灶、产生几个消融灶才能更好的覆盖不规则状的肿瘤是一个关键问题，因为如果产生的消融灶个数不够则不能完全覆盖肿瘤，如果产生的消融灶个数过多则会破坏周围健康组织，消融灶位置的差错同样会导致消融效果不佳。可见治疗者不能准确判断完全灭活大肿瘤所需的消融次数(即消融灶个数)和布针位置(即消融灶位置)是导致治疗失败的重要原因。因此，临床迫切需要一种能够精确把握消融灶产生个数及位置的系统和方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种重叠覆盖椭球体的消融灶产生系统及方法，用以在正确的位置产生适当数量的消融灶球体，从而用最少的布针次数覆盖最大范围的肿物，并减少对肿物周围的正常组织的损伤。

本发明的技术方案为：一种重叠覆盖椭球体的消融灶产生系统，包括：主机和射频针装置；还包括：被消融物检测装置，用于将被消融物的形状按照椭球体进行处理，测量所述被消融物长轴、宽轴和高轴的长度，并将测量的数据输入所述的主机；所述的主机包括：消融灶设定单元，用于设定所述射频针所产生的消融灶的大小；层设定单元，用于设定覆盖所述被消融物所需的消融灶层数；分层单元，根据所述的被消融物长轴、宽轴和高轴的长度得到所述椭球体的中心坐标，在所述的高轴上以相对于中心坐标的设定距离划分出垂直于所述高轴的层数与所述消融灶层数相等的横截面层；层覆盖单元，根据所述消融灶的大小和所述横截面的长轴及宽轴的长度得出覆盖所述横截面层所需的消融灶的个数以及每个消融灶的相对于所述椭球体坐标系的球心坐标；所述的射频针装置，用于根据所述主机输出的消融灶个数以及位置信息，在相应的位置产生消融灶。

本发明还提供了一种重叠覆盖椭球体的消融灶产生方法，将被消融物的形状按照椭球体进行处理，测量所述被消融物长轴、宽轴和高轴的长度；设定消融灶的大小；设定覆盖所述被消融物所需的消融灶层数；根据所述的被消融物长轴、宽轴和高轴的长度得到所述椭球体的中心坐标，在所述的高轴上以相对于中心坐标的设定距离划分出垂直于所述高轴的层数与所述消融灶层数相等的横截面层；根据所述消融灶的大小和所述横截面的长轴及宽轴的长度得出覆盖所述横截面层所需的消融灶的个数以及每个消融灶的相对于所述椭球体坐标系的球心坐标；根据输出的消融灶个数以及位置信息，在相应的位置产生消融灶。

本发明的有益效果在于，本发明系统和方法提供了精确的消融灶的产生数量和位置，用最少的布针次数覆盖最大范围，并减少对周围正常组织的损伤。

附图说明

图1为本发明系统的连接关系图；

图2为本发明主机的结构框图；

图3为本发明进行层覆盖时3个圆所能覆盖圆周半径最大值示意图；

图4为本发明进行层覆盖时3个小球在界面圆上的投影示意图；

图5为本发明进行层覆盖时小球圆心投影示意图；

图6为本发明层覆盖和判断输出的流程图；

图7为本发明一层小球适宜覆盖2a≤9cm，2c≤4cm的椭球的实例示意图；

图8a和图8b为本发明二层小球适宜覆盖2a≤9cm，2c≤6cm的椭球的实例示意图；

图9a、9b和图9c为本发明三层小球适宜覆盖2a≤9cm，2c≤7cm的椭球的实例示意图；

图10为被消融物的CT图；

图11为被消融物的超声图像；

图12为被消融物的横切面扫查图；

图13为消融第5个灶的超声图；

图14为射频消融1个月后被消融物的增强CT显示图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。如图1所示，为本发明系统的连接关系图，其中包括：计算机主机、超声检测装置和射频针装置；所述的超声检测装置，用于将被消融物的形状按照椭球体进行处理，测量所述被消融物长轴、宽轴和高轴的长度，并将测量的数据输入所述的计算机主机；

如图2所示，所述的主机包括：消融灶设定单元，用于设定所述射频针所产生的消融灶的大小；层设定单元，用于设定覆盖所述被消融物所需的消融灶层数；分层单元，根据所述的被消融物长轴、宽轴和高轴的长度得到所述椭球体的中心坐标，在所述的高轴上以相对于中心坐标的设定距离划分出垂直于所述高轴的层数与所述消融灶层数相等的横截面层；层覆盖单元，根据所述消融灶的大小和所述横截面的长轴及宽轴的长度得出覆盖所述横截面层所需的消融灶的个数以及每个消融灶的相对于所述椭球体坐标系的球心坐标；所述的射频针装置，用于根据所述主机输出的消融灶个数以及位置信息，在相应的位置产生消融灶。

在具体实施方式中被消融物的长轴与宽轴设为相等。

通过计算机编程建立本发明的上述的各个单元，获得有效覆盖较大肿瘤所需的消融灶数目、位置。具体实施的方法如下：

1)将肿瘤设想为不同大小形状的椭球体(圆球体为特殊类型)，消融灶为直径5cm小球体。研究如何用多个消融灶(小球)有效覆盖消融较大的球体，这里所述的较大的球体是指直径大于4cm的球体。

2)应用模型的目标为：优化消融灶(小球)球心坐标位置，使得完全覆盖椭球体表面的消融灶(小球)个数尽可能少。

3)由于椭球体的形态远不如球体规则，需要对问题进行一些必要的简化。简化的具体方法如下：

假设本研究中的椭球体有两根轴(长径)相等，是旋转体，中心位于坐标原点，以三根轴线为坐标轴建立直角坐标系，则椭球体上平行于xy平面的截面总是圆，这是简化问题的关键。设椭球体的三个径分别为a，b，c，而且a＝b；其方程为：

$\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{a^2}+\frac{z^2}{c^2}=1---\left(1\right)$

由于消融灶为直径5cm小球体，求解的问题是：求小球球心坐标，使得用尽可能少的小球完全填充椭球所处的空间。

选取的坐标系如下：以椭球球心为坐标原点，长为a的两根半轴分别为x轴、y轴，长为c的半轴为z轴建立右手坐标系。由于x、y半轴相等，这样平行于xy平面的平面与椭球的截面总是圆，这是简化问题的关键。

设消融灶小球个数为n，椭球球心坐标分别为：(x_i，y_i，z_i)，i＝1，2，…，n。方程如下：

(x-x_i)²+(y-y_i)²+(z-z_i)²≤25²，i＝1，2，…，n。(2)

目标：使n尽可能小。

约束条件：椭球体内任意点总属于某个消融灶小球，即

满足 $\frac{{\hat{x}}^2}{a^2}+\frac{{\hat{y}}^2}{a^2}+\frac{{\hat{z}}^2}{a^2}\≤1$ ，i₀∈{1，2，Λ，n}，使得

${(\hat{x}-x_{i0})}^2+{(\hat{y}-y_{i0})}^2+{(\hat{z}-z_{i0})}^2\≤{25}^2,---\left(3\right)$

所述的约束条件实际是由多个方程组成(方程个数与椭球体点数相等)，导致本问题无法使用已知的优化算法求解。因此，需要对问题进行一些简化。为了简化问题，作如下假设：

小球按球心z坐标的大小分为几类，这里的类与实际观测中层的概念类似，因此不妨称为层。第i层小球球心的z坐标设为zⁱ，个数为nⁱ，共m层，则有如下等式：

$\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{n}_i=n$

由中间往两头填充。椭球的上下对称性使得可以现考虑椭球上半部分(z≥0)的填充法，下半部分可以对应填充。这不仅可以节约程序计算时间，而且还充分考虑了实际操作的可行性，即便于观察且安全范围尽可能大。这样的考虑反映在数学上就是作如下假设：

(2a)m为奇数时，

第1层小球球心z坐标为0。即z1＝0；

第2层至第(m+1)/2层的z坐标为正数，依次递增；

第(m+1)/2+1层至第m层的z坐标为负数，依次递减，且与第2层至第(m+1)/2层的z坐标分别对应为相反数；

第(m+1)/2+i层与第i层(m≥i≥2)小球球数相等。

(2b)m为偶数时，

第1层至第m/2层的z坐标为正数，依次递增；

第m/2+i层小球与第i层小球球心z坐标为相反数，且球数相等，呈锯齿状分布。

每层小球的球心组成以截面圆圆心为中心的正多边形的顶点，当球心与z轴距离大于小球半径25mm时，假设此层还有一个小球，球心位于z轴上，但为了程序运算的统一性，不将这个小球记入本层球数。这个假设充分考虑了本问题中椭球平行于xy平面的截面为圆的特点，假设保证当确定此层小球球心z坐标zⁱ及球数n_i后，只需确定小球球心距截面圆圆心距离r_i和第1个小球与x轴角度θ_i，就可完全确定第i层小球的坐标。

由于实际操作中精确度为毫米，因此在本文中确定所有变量的单位为毫米，则可认为这些变量都为整数变量，将问题离散化为一个整数变量的最优化问题。这个假设是本问题算法可以用计算机程序实现的关键，只有将问题离散化，才能使用搜索的方法求最优解。

由于椭球的特殊性：椭球中间部分(这里指靠近xy平面的部分)的截面圆半径大于上下两头截面圆半径，因此可设当z_i＞z_j≥0时，有n_i≤n_j，即第i层球数并不多于第j层，并由对称性知，若z_i＝-z_j，有n_i＝n_j，r_i＝r_j。

对于θ，一般来说，假设θ＝0，但考虑到球的特殊性，任一层小球与椭球表面的相交曲面呈现出波浪状边界，如果上下两层小球的球数相等，将其中一层小球同时旋转π/n度(n为此多层小球球数)，就会出现锯齿状效果，从而提高小球的平均填充体积，减少球数。

采用层叠法的方式逐层消融椭球体，由中间向两头覆盖。椭球的上下对称性使得可以先考虑椭球体上半部分的覆盖法，下半部分可以对应覆盖。

由于椭球体的特殊性，椭球体中间部分(这里指靠近xy平面的部分)的截面圆半径大于上下两头截面圆半径。

每层消融球的球心组成以截面圆圆心为中心的正多边形的顶点。

4)本具体实施方式中确定所有变量的单位为毫米(mm)，可认为这些变量都为整数变量，将覆盖问题离散化为求解一个整数变量最优化问题，可以设计计算机程序，用穷举法求最优解。

5)由上面的假设，问题转化为求解这样的一个参数矩阵：

$\mathrm{para}={\left[\begin{array}{cccc}{z}_1& z_2& \·\·\·& z_m\\ n_1& n_2& \·\·\·& n_m\\ r_1& r_2& \·\·\·& r_m\\ {\mathrm{\θ}}_1& {\mathrm{\θ}}_2& \·\·\·& {\mathrm{\θ}}_m\end{array}\right]}_{4\×m}=\left[\begin{array}{c}z\\ n\\ r\\ \mathrm{\θ}\end{array}\right]$

目标：使para的列数m尽可能小。

约束条件：

①若m为奇数，即m＝2k-1，为第i层截面圆半径，则

z₁＝0＜z₂＝-z_k+1＜z₃＝-z_k+2＜…＜z_k＝-z_m≤c；

n₁≥n₂＝n_k+1≥n₃＝n_k+2≥…≥n_k＝n_m≥1；

${\stackrel{\‾}{r}}_i\≥r_i=r_{k+i-1}\≥0,$ i＝1，2，……k

θ₁＝0，

②若m为偶数，即m＝2k，

为第i层截面圆半径，则

0＜z₁＝-z_k+1＜z₂＝-z_k+2＜…＜z_k＝-z_m≤c；

n₁＝n_k+1≥n₂＝n_k+2≥…≥n_k＝n_m≥1；

${\stackrel{\‾}{r}}_i\≥r_i=r_{k+i}\≥0,$ i＝1，2，…k

θ₁＝0，θ₂＝π/n₁，

③

满足 $\frac{{\hat{x}}^2}{a^2}+\frac{{\hat{y}}^2}{a^2}+\frac{{\hat{z}}^2}{c^2}=1,$ i₀∈{1，2，…，n}，使得

${(\hat{x}-x_{i0})}^2+{(\hat{y}-y_{i0})}^2+{(\hat{z}-z_{i0})}^2\≤{25}^2.$

上面已经对问题作了很大的简化，但是观察para这个参数矩阵，可见如果椭球较大时，如a＝50，c＝50时，如果对每个参数可取到的值，都进行运算来求最优值，则运算次数会在数量级上等于P₅₀ ⁴×P₁₀ ⁴×50⁴。这是个很大的数，因此对问题再进一步简化是必要的。

(1)n个小球能覆盖的最大圆周

设小球球心距离21。

则由平面几何的知识知：

$\left|\mathrm{OA}\right|=l\×\mathrm{ctg}\frac{\mathrm{\π}}{n},$ $\left|\mathrm{AB}\right|=\sqrt{{25}^2-l^2}$

如图3所示，为3个圆能覆盖圆周半径最大值示意图，其中能覆盖的最大圆O半径r为正n边形内切圆半径|OA|与相邻两圆如圆O1、圆O3两个交点距离的一半|AB|的和。即：

对r求导，并令其为0，得到一方程，求解得到极值点1max，即：

求解上面的方程得到

$l_{\max }=\frac{25\mathrm{ctg}\left(\frac{\mathrm{\π}}{n}\right)}{\sqrt{1+{\mathrm{ctg}}^2\left(\frac{\mathrm{\π}}{n}\right)}}=25\cos \frac{\mathrm{\π}}{n}$

且此时 $\frac{d^{2}r}{{\mathrm{dl}}^2}{|}_{l=l_{\max }}=\frac{{-25}^2}{{({25}^2-l^2)}^{3/2}}<0,$

即在1max这点r为凸函数

因此此时，

r_max为n个小球能覆盖的圆的半径的最大值。

当n＝3时， $r_{\max }=50/\sqrt{3}~28.9;$

当n＝4时， $r_{\max }=25\sqrt{2}~35.3;$

当n＝5时，

当n＝6时，r_max＝50；

当n＝8时，

当n＝9时，

当n＝10时，

由于实际中截面圆半径小于50，因此不妨假设n≤10。

同时，由(5)式，可得下式：

$n_{\min }=\frac{\mathrm{\&pi;}}{\arcsin \left(\frac{25}{\stackrel{\&OverBar;}{r}}\right)},$

即确定截面圆半径后，可以再进一步确定球数n的范围为：n_min≤n≤10。

(2)小球球心距z轴距离的范围

易见要覆盖住椭球的表面，必须先覆盖住各层小球球心所在截面圆的圆周。如图4所示为z＝z₀截面圆上三个小球的投影圆O₁、圆O₂、圆O₃，其中若取

为x轴正向，则

|OO₁|＝r₀，∠O₁OA＝θ₀， $\left|\mathrm{OA}\right|={\stackrel{\&OverBar;}{r}}_0.$

易见，要使三个圆覆盖住截面圆圆周，首先要求圆O₁，圆O₃存在两个不同的交点，其中远离O点的交点设为B点，只要|O₃C|＜25，即r₀sinθ₀＜25就可满足要求。

在两圆相交的前提下，只需

|OB|＝|OC|+|CB|≥|OA|，即 $r_0\cos {\mathrm{\&theta;}}_0+\sqrt{{25}^2-{r_0}^2{\sin }^2{\mathrm{\&theta;}}_0}\&GreaterEqual;{\stackrel{\&OverBar;}{r}}_0,---\left(6\right)$

就可使得三个圆覆盖住了截面圆圆周。

解不等式(6)，得到r₀的范围如下：

0≤r₀＜25/sinθ₀；

${\stackrel{\&OverBar;}{r}}_0\cos {\mathrm{\&theta;}}_0-\sqrt{{25}^2-\stackrel{-2}{r_0}{\sin }^2{\mathrm{\&theta;}}_0}\&le;r_0\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{r}}_0\cos {\mathrm{\&theta;}}_0+\sqrt{{25}^2-\stackrel{-2}{r_0}{\sin }^2{\mathrm{\&theta;}}_0},$ 若θ₀≠0。

r₀＝0，若θ₀＝0。

另外，在程序中还可以限制： $r_0\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{r}}_0.$

这是基于下面的考虑：在消融肿瘤时希望尽可能少的消融外面健康的肝脏细胞组织。同时也基于如下事实：

当圆O₁圆心位于圆O₂内时(见图5)，可取到圆O₁与圆O₂圆周相交弧长的最大值。

证明：设圆方程分别如下：

圆O1：x²+y²＝R²；

圆O2：(x-l)²-y²＝r²。

则 $\cos \&angle;A{O}_1{O}_2=\frac{R^2+l^2-r^2}{2\mathrm{Rl}}$

$=\frac{R^2-l^2}{2\mathrm{Rl}}+\frac{l}{2R}$

$\&GreaterEqual;\frac{\sqrt{R^2-r^2}}{R}$

即当 $1=\sqrt{R^2-r^2},$ $\&angle;A{O}_1{O}_{2\max }=\arccos \left(\frac{R^2+l^2-r^2}{2\mathrm{Rl}}\right)$ (由于cos函数的减性)，

由于弧长为角度的R倍，因此此时弧长也取到最大值。

因为 $1=\sqrt{R^2-r^2}<R,$ 所以此时点O₂在圆O₁内。

这样，我们就得到了r的取值范围，这又一次减少了计算量。

(3)z的范围

首先，依据实际经验，上下两层如果相差极小，显然是没有意义的，比如共有4层小球时，可将第1层z的范围设定在(0，c/2)，第2层z的范围为(c/2，c)。这样的考虑完全依据经验，在程序中的实现依靠循环语句的修改。

其次，在前1层小球的位置确定后，如果本层小球选取的z值无论设定怎样的r值都无法使介于两层中间的椭球部分被覆盖，则应略过这个z值。这样如何简捷判断是否椭球某一段被覆盖成为下面需要考虑的问题。

上面已经提到本问题的难点在于判断椭球被覆盖的约束条件太多，导致一般的解决最优化问题的算法无法使用。而在程序中，这个问题，尤其是在作了上述假设后，变得相对简单。

假设上下两层小球z坐标分别为z1＞z2≥0；球数分别为n1，n2；球心距z轴距离分别为r1，r2；初始角度分别为：θ1，θ2。

由图5易见此时只需覆盖住A点，即可作出如下判断：本层已被覆盖。

$\&angle;\mathrm{AO}{O}_1=\frac{\mathrm{\&pi;}}{n}.$

实际中，

当θ＝0时，可取A点与x轴角度α＝π/n；

当θ＝π/n时，可取A点与x轴角度α＝0；

由于现在考虑的是两层小球，因此对于任意z，满足：z1＞z＞z2，

应考虑两个点，它们与x轴的角度α1，α2分别按上面所说由θ1，θ2决定。

对此两点应分别判断是否被z1层或z2层覆盖：即落在z1层或z2层第1个小球内。如果是，则z层被覆盖，如果不是，则未被覆盖。

(4)计算流程

确定一个好的计算流程也可优化算化。本算法流程如下：

选取n；

确定θ；

选取z；

选取r；

以4层举例如下：

先选定n1，再选定n2，就确定了θ，按如下流程确定z1，z2，r1，r2，如果para已满足要求，则可逃出n2的循环，令n1＝n1+1，重新开始对n2的循环，直至对所有范围内n1值取遍，找到最少球数，才逃出n1的循环。

由于篇幅所限，只给出在n确定后，对z，r的流程图，如图6。

(5)改进

如果要求不止覆盖椭球体表面，而是要求填充整个椭球体，只需对约束条件作修改如下：

椭球中的每一点总处于某个小球内，即

满足 $\frac{{\hat{x}}^2}{a^2}+\frac{{\hat{y}}^2}{a^2}+\frac{{\hat{z}}^2}{c^2}=1,$ i₀∈{1，2，…，n}，使得

${(\hat{x}-x_{i0})}^2+{(\hat{y}-y_{i0})}^2+{(\hat{z}-z_{i0})}^2\&le;{25}^2,---\left(7\right)$

此时可修改小球分布为当z＝z0层上小球球心距离z轴大于小球半径时，增加一个以(0，0，z0)为球心的小球。

在本发明的消融灶产生方法中：将被消融物的形状按照椭球体进行处理，测量所述被消融物长轴、宽轴和高轴的长度；设定消融灶的大小；设定覆盖所述被消融物所需的消融灶层数；根据所述的被消融物长轴、宽轴和高轴的长度得到所述椭球体的中心坐标，在所述的高轴上以相对于中心坐标的设定距离划分出垂直于所述高轴的层数与所述消融灶层数相等的横截面层；根据所述消融灶的大小和所述横截面的长轴及宽轴的长度得出覆盖所述横截面层所需的消融灶的个数以及每个消融灶的相对于所述椭球体坐标系的球心坐标；根据输出的消融灶个数以及位置信息，在相应的位置产生消融灶。

采用Matlab软件按照上述的本发明方法，输入以上设计程序，用计算机穷举法获得消融不同大小肿瘤的最佳消融灶数目及位置参数，并可同时显示重叠消融的消融灶个数、产生位置和小球覆盖椭球体的模拟覆盖图。

下面为不同层数下适宜覆盖的椭球。

如图7所示，设消融灶层数为1，即：一层小球适宜覆盖2a≤9cm，2c≤4cm的椭球的实例，其中：

被消融物检测装置，将被消融物的形状按照椭球体进行处理，测出所述被消融物长轴＝5.6cm、宽轴＝5.6cm和高轴＝4cm，并将测量的数据输入所述的主机；在主机的：

消融灶设定单元，设定所述射频针所产生的消融灶的直径为5cm；

层设定单元，设定覆盖所述被消融物所需的消融灶层数为1；

分层单元，根据所述的被消融物长轴、宽轴和高轴的长度得到所述椭球体的中心坐标，在所述的高轴上以相对于中心坐标的设定距离划分出垂直于所述高轴的一横截面层；

层覆盖单元，根据所述消融灶的大小和所述横截面的长轴及宽轴的长度并根据上述的计算流程(如图6所示)得出覆盖所述横截面层所需的消融灶的个数为3，以及每个消融灶的相对于所述椭球体坐标系的球心坐标为：(8，0，0)、(-4，7，0)、(-4，-7，0)；

所述的射频针装置，用于根据所述主机输出的消融灶个数以及位置信息，在相应的位置(8，0，0)、(-4，7，0)、(-4，-7，0)产生3个消融灶。

如图8a和图8b所示，设消融灶层数为2，即：二层小球适宜覆盖2a≤9cm，2c≤6cm的椭球的实例，其中：

被消融物检测装置，将被消融物的形状按照椭球体进行处理，测出所述被消融物长轴＝5.2cm、宽轴＝5.2cm和高轴＝6cm，并将测量的数据输入所述的主机；在主机的：

消融灶设定单元，设定所述射频针所产生的消融灶的直径为5cm；

层设定单元，设定覆盖所述被消融物所需的消融灶层数为2；

分层单元，根据所述的被消融物长轴、宽轴和高轴的长度得到所述椭球体的中心坐标，在所述的高轴上以相对于中心坐标的设定距离(±8mm)划分出垂直于所述高轴的二个横截面层；

层覆盖单元，根据所述消融灶的大小和所述横截面的长轴及宽轴的长度并根据上述的计算流程(如图6所示)得出覆盖所述横截面层所需的消融灶的个数为3，以及每个消融灶的相对于所述椭球体坐标系的球心坐标为：

(6，0，8)、(-3，5，8)、(-3，-5，8)；

(3，5，-8)、(-6，0，-8)、(3，-5，-8)。

所述的射频针装置，用于根据所述主机输出的消融灶个数以及位置信息，在相应的位置(6，0，8)、(-3，5，8)、(-3，-5，8)；(3，5，-8)、(-6，0，-8)、(3，-5，-8)产生6个消融灶。

如图9a、9b和图9c所示，设消融灶层数为3，即：三层小球适宜覆盖2a≤9cm，2c≤7cm的椭球的实例，其中：

被消融物检测装置，将被消融物的形状按照椭球体进行处理，测出所述被消融物长轴＝4.8cm、宽轴＝4.8cm和高轴＝7cm，并将测量的数据输入所述的主机；在主机的：

消融灶设定单元，设定所述射频针所产生的消融灶的直径为5cm；

层设定单元，设定覆盖所述被消融物所需的消融灶层数为3；

分层单元，根据所述的被消融物长轴、宽轴和高轴的长度得到所述椭球体的中心坐标，在所述的高轴上以相对于中心坐标的设定距离(±10mm)和过球心的点划分出垂直于所述高轴的三个横截面层；

层覆盖单元，根据所述消融灶的大小和所述横截面的长轴及宽轴的长度并根据上述的计算流程(如图6所示)得出覆盖所述横截面层所需的消融灶的个数为3，以及每个消融灶的相对于所述椭球体坐标系的球心坐标为：

(0，0，0)、(0，0，10)、(0，0，-10)。

所述的射频针装置，用于根据所述主机输出的消融灶个数以及位置信息，在相应的位置(0，0，0)、(0，0，10)、(0，0，-10)产生3个消融灶。

在本发明的实际应用中，根据超声多切面扫查，了解并掌握肿瘤的三维形态，测量长，宽，高三个轴，根据肿瘤大小形状输入计算软件，同时输入拟应用的层数，按照软件获得的每层所需的消融灶数目、位置，从椭球体的中间向两端逐层消融。应用本发明系统和方法立体覆盖大肿瘤的应用模型可以准确布针产生消融灶，且避免过多损坏健康组织。

图10为被消融物的CT图，图中显示了一个原发性肝癌病例的肝右叶肿瘤(见箭头所指部分)。图11为上述肝右叶肿瘤(被消融物)的超声图，经超声测量肿瘤大小为4.8×4.8×6.0cm，增加1cm安全范围，需消融5.8×5.8×7.0cm椭球体范围。将此测量数据输入电脑主机，首先设定消融灶大小为5cm，然后设定消融层数为3层，输出单元显示需按层叠法生成7个消融灶，才可完全覆盖此椭球范围，同时显示7个消融灶的位置信息和覆盖模拟图。

图12为上述肝右叶肿瘤(被消融物)的超声横切面扫查图，其中：图的左部分为横切面扫查在肿瘤中心层设5个定位点。图的右部分为纵切面扫查在肿瘤头尾两层设第6、7定位点。

图13为消融第5个灶的超声图，可见打开的针尖(↑)，其背侧强回声团为已消融区域(见箭头所指部分)。

图14为射频消融后1个月后增强CT显示肿瘤被完全覆盖灭活(见箭头所指部分)。

以上具体实施方式仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。

Claims (10)

1.一种重叠覆盖椭球体的消融灶产生系统，包括：主机和射频针装置；其特征在于还包括：

被消融物检测装置，用于将被消融物的形状按照椭球体进行处理，测量所述被消融物长轴、宽轴和高轴的长度，并将测量的数据输入所述的主机；

所述的主机包括：

消融灶设定单元，用于设定所述射频针所产生的消融灶的大小；

层设定单元，用于设定覆盖所述被消融物所需的消融灶层数；

分层单元，根据所述的被消融物长轴、宽轴和高轴的长度得到所述椭球体的中心坐标，在所述的高轴上以相对于中心坐标的设定距离划分出垂直于所述高轴的层数与所述消融灶层数相等的横截面层；

层覆盖单元，根据所述消融灶的大小和所述横截面的长轴及宽轴的长度得出覆盖所述横截面层所需的消融灶的个数以及每个消融灶的相对于所述椭球体坐标系的球心坐标；

所述的射频针装置，用于根据所述主机输出的消融灶个数以及位置信息，在相应的位置产生消融灶。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的消融灶设定单元根据所述射频针所能产生的消融灶的直径或半径设定消融灶的大小。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的被消融物的长轴与宽轴相等。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的被消融物检测装置包括超声波检测装置、计算机断层扫描成像或磁共振成像等。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于还包括显示单元，所述的显示单元用于显示消融灶个数以及位置信息。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述的显示单元用于显示由相互重叠的消融灶所构成的椭球体的立体图像。

7.一种重叠覆盖椭球体的消融灶产生方法，其特征在于：

将被消融物的形状按照椭球体进行处理，测量所述被消融物长轴、宽轴和高轴的长度；

设定消融灶的大小；

设定覆盖所述被消融物所需的消融灶层数；

根据所述的被消融物长轴、宽轴和高轴的长度得到所述椭球体的中心坐标，在所述的高轴上以相对于中心坐标的设定距离划分出垂直于所述高轴的层数与所述消融灶层数相等的横截面层；

根据所述消融灶的大小和所述横截面的长轴及宽轴的长度得出覆盖所述横截面层所需的消融灶的个数以及每个消融灶的相对于所述椭球体坐标系的球心坐标；

根据输出的消融灶个数以及位置信息，在相应的位置产生消融灶。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述射频针所能产生的消融灶的直径或半径设定消融灶的大小。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的被消融物的长轴与宽轴相等。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对消融灶个数以及位置信息进行显示，并且对由相互重叠的消融灶所构成的椭球体的立体图像进行显示。

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