CN108805991A - 基于核磁共振引导的激光消融系统的组织消融评估系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于核磁共振引导的激光消融系统的组织消融评估系统，所述组织消融评估系统包括三维结构重建模块，温度获取模块，图像融合模块，消融计算模块，判断与反馈模块，评价模块；所述消融计算模块使用专用公式其中，E(n‑i)是标号为n的小体积在第i次调用温度获取模块时的累积消融量，Tn‑i是标号为n的小体积在第i次的融合图像中的开尔文温度，Sn是编号为n的小体积的平均灰度值，K(Sn)＝120.34×[log2(Sn+1)‑668]。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，尤其是涉及基于核磁共振引导的激光消融系统的组织消融评估系统。
背景技术
激光消融除去功能异常或增生的组织的研究自20世纪80年代开始以来，已经取得了长足的进步，通过激光照射，使得目标区域的温度升高，当组织因温度升高发生不可逆的损伤时，即被消融。尽管术后医生可以通过MRI或CT图像粗略的估计消融区域的尺寸，但对术中消融区域的形成过程以及最终尺寸和形状等了解都十分有限。因此，选用合适准确的评价系统来估计体内消融区域尤为重要。
现有的评价体系在实时性，准确性和术后反馈方面均有较大缺陷，无法满足实际需求，为此，本发明基于核磁共振成像快速全面的特点和配套的累积消融量算法，发明了一套适用于核磁共振引导的激光消融系统的组织消融评估系统。
发明内容
鉴于上文所述，本发明提供了基于核磁共振引导的激光消融系统的组织消融评估系统以及配套的累积消融量计算公式。
第一方面，本发明实施例提供了基于核磁共振引导的激光消融系统的组织消融评估系统，包括以下模块：
三维结构重建模块，其配置成获取病人术前的数字影像，使用三维重构软件对病灶及周围组织进行三维重构，得到病灶及其周围组织的三维模型，在三维模型中将病灶和周围组织的体积分割成若干相等的小体积并使用正整数对得到小体积从1开始标号，所述小体积为体积超不过200立方毫米的立方体，将含有病灶的小体积在三维模型中的对应体积填充为绿色，不含病灶的经标号小体积填充为白色，同时将编号为n的小体积的平均灰度值记为Sn；
温度获取模块，其配置成通过MRI温度成像技术获得病灶及其周边组织的实时温度三维图像，并将图像获取模块的调用次数赋值给变量i；
图像融合模块，其配置成将MRI温度三维图形和三维模型融合，并确定三维模型中划分出的标号为n的小体积在第i次的融合图像中的开尔文温度Tn-i；
消融计算模块，其配置成使如下专用公式计算每个小体积的累积消融量，
其中，E(n-i)是标号为n的小体积在第i次调用温度获取模块时的累积消融量，Tn-i是标号为n的小体积在第i次的融合图像中的开尔文温度，Sn是编号为n的小体积的平均灰度值，K(Sn)＝120.34×[log2(Sn+1)-668]；
判断与反馈模块，其配置成按照消融计算模块中得到的标号为n的小体积的累积消融量E(n-i)判断该小体积是否已经被消融，达到消融阈值时，在三维模块中将该小体积的颜色由初始的颜色改为黄色，当所有含有病灶的待消融小体积均由绿色变为黄色时，消融达到预期效果，发出蓝色指示灯反馈信号，指示应当结束消融，当仍有绿色小体积所代表的含有病灶的待消融小体积未被消融时，重新调用温度获取模块、图像融合模块、消融计算模块，之后判断与反馈模块再次判断和反馈消融结束与否；
评价模块，其配置成在消融结束后，计算变成黄色的小体积中不含病灶的数量与包含病灶的数量的比例，如果该比例大于15％，则表明手术方案和执行结果不是特别理想，附带损伤较多，如果该比例小于15％，则表明消融进行的较为顺利，附带损伤可以接受。
在一个实施方案中，本发明实施例提供了第一方面的消融评估系统，其中数字影像为CT图像。
在又一个实施方案中，本发明实施例提供了第一方面的消融评估系统，其中，达到消融阈值是指E(n-i)的值大于或等于2.2。
在又一个实施方案中，本发明实施例提供了第一方面的消融评估系统，其中三维重构软件为Arigin 3D Pro(昕健医疗技术有限公司)。
在又一个实施方案中，本发明实施例提供了第一方面的消融评估系统，其中调用温度获取模块的时间间隔为30秒。
第二方面，本发明提供了用于计算小体积组织累积消融量的算法：
其中，E(n-i)是标号为n的小体积在第i次调用温度获取模块时的累积消融量，Tn-i是标号为n的小体积在第i次的融合图像中的开尔文温度，Sn是编号为n的小体积的平均灰度值，
其特征在于，K(Sn)＝120.34×[log2(Sn+1)-668]。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举部分较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一个实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明的一个实施例提供的基于核磁共振引导的激光消融系统的组织消融评估系统的示意图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
以体积大约为4立方厘米的脑部病灶为例，在本发明的基于核磁共振引导的激光消融系统的组织消融评估系统中：
首先使用三维结构重建模块，获取包含病人病灶的CT图像，使用三维重构软件Arigin 3D Pro对病灶及周围组织进行三维重构，得到病灶及其周围组织的三维模型，在所述三维模型中将病灶和周围组织的体积分割成若干相等的小体积，例如边长3毫米，体积为27立方毫米的小体积，并使用正整数对得到小体积从1开始标号，本实施例中含有病灶的小体积为187个，不含病灶部分的小体积138个，共计325个，将含有病灶的小体积在三维模型中的对应体积填充为绿色，不含病灶的经标号小体积填充为白色，每个含病灶小体积的外侧至少有一个不含病灶体积的小体积，同时将编号为n的小体积的平均灰度值记为Sn；
接着使用温度获取模块，质子共振频率测温法利用一定温度范围内(－15至100℃)水质子共振频率与温度的线性关系来测量温度，该方法时空分辨率高，与温度之间呈稳定的线性关系，且无组织依赖性，使用基于此原理的MRI温度成像技术获得病灶及其周边组织的实时温度三维图像，并将图像获取模块的调用次数赋值给变量i，第一次调用时i＝1；在本实施例中使用了30秒作为形成一次温度三维图像的时间间隔，可以在30秒内实现对边长为5厘米的立方体的成像，几乎涵盖了绝大多数脑部病灶的体积情况。其中，温度使用开尔文温度记录。
接着使用图像融合模块，将前述病灶及周围组织的三维结构和第i次调用温度获取模块获得的温度三维图像进行重叠，然后标出三维模型中标号为n小体积在第i次的融合图像中对应的开尔文温度Tn-i并记录；
然后调用消融计算模块，其中使用如下专用公式计算每个小体积的累积消融量，
其中，E(n-i)是标号为n的小体积在第i次调用温度获取模块时的累积消融量，Tn-i是标号为n的小体积在第i次的融合图像中的开尔文温度，Sn是编号为n的小体积的平均灰度值，K(Sn)＝120.34×[log2(Sn+1)-668]；
这样就计算出了在第i次得到温度三维图像后，每个小体积内的积累消融量，当累积消融量到阈值时，本实施例使用的阈值为2.2，可以认为该小体积已经被消融。
接着调用判断与反馈模块，判断编号为n的小体积的累积消融量E(n-i)是否达到消融阈值(例如，一个优选的阈值为2.2)，如果达到阈值，在三维模块中将该小体积的颜色由初始的颜色改为黄色，当所有含有病灶的的待消融小体积均由绿色变为黄色时，消融达到预期效果，发出蓝色指示灯反馈信号，指示应当结束消融，当仍有绿色小体积所代表的含有病灶的待消融小体积未被消融时，指示消融继续，重新一次调用温度获取模块、图像融合模块、消融计算模块，之后判断与反馈模块再次判断和反馈消融结束与否；
消融结束后，调用评价模块，使用该模块计算变成黄色的小体积中不含病灶的数量与包含病灶的数量的比例，例如在本实施例中，经过16轮判定结束消融，获得的消融结果为213个小体积为黄色，即消融的正常组织小体积与消融的含有病灶之小体积的比例为26/187，约等于15.7％，稍高于15％，消融效果基本符合要求。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.基于核磁共振引导的激光消融系统的组织消融评估系统，包括以下模块：
三维结构重建模块，其配置成获取病人术前的数字影像，使用三维重构软件对病灶及周围组织进行三维重构，得到病灶及其周围组织的三维模型，在所述三维模型中将病灶和周围组织的体积分割成若干相等的小体积并使用正整数对得到小体积从1开始标号，所述小体积为体积超不过200立方毫米的立方体，将含有病灶的小体积在三维模型中的对应体积填充为绿色，不含病灶的经标号小体积填充为白色，同时将编号为n的小体积的平均灰度值记为Sn；
温度获取模块，其配置成通过MRI温度成像技术获得病灶及其周边组织的实时温度三维图像，并将温度获取模块的调用次数赋值给变量i；
图像融合模块，其配置成将MRI温度三维图形和三维模型融合，并确定三维模型中划分出的标号为n小体积在第i次的融合图像中对应的温度Tn-i；
消融计算模块，其配置成使如下专用公式计算每个小体积的累积消融量，
其中，E(n-i)是标号为n的小体积在第i次调用温度获取模块时的累积消融量，Tn-i是标号为n的小体积在第i次的融合图像中的温度，Sn是编号为n的小体积的平均灰度值，K(Sn)＝120.34×[log2(Sn+1)-668]；
判断与反馈模块，其配置成按照消融计算模块中得到的标号为n的小体积的累积消融量E(n-i)来判断该小体积是否已经被消融，达到消融阈值时，在三维模块中将该小体积的颜色由初始的颜色改为黄色，当所有含有病灶的待消融小体积均由绿色变为黄色时，消融达到预期效果，发出蓝色指示灯反馈信号，指示应当结束消融，当仍有绿色小体积所代表的含有病灶的待消融小体积未被消融时，重新调用温度获取模块、图像融合模块、消融计算模块，之后判断与反馈模块再次判断和反馈消融结束与否；
评价模块，其配置成在消融结束后，计算变成黄色的小体积中不含病灶的数量与包含病灶的数量的比例，如果该比例大于15％，则表明手术方案和执行结果不是特别理想，附带损伤较多，如果该比例小于15％，则表明消融进行的较为顺利，附带损伤可以接受。
2.根据权利要求1所述的组织消融评估系统，其特征在于，所述数字影像为CT图像。
3.根据权利要求1所述的组织消融评估系统，其特征在于，所述达到消融阈值是指E(n-i)的值大于或等于2.2。
4.根据权利要求1所述的组织消融评估系统，其特征在于，所述三维重构软件为Arigin3D Pro。
5.根据权利要求1所述的组织消融评估系统，其特征在于，调用温度获取模块的时间间隔为30秒。
6.用于计算小体积组织累积消融量的算法：
其中，E(n-i)是标号为n的小体积在第i次调用温度获取模块时的累积消融量，Tn-i是标号为n的小体积在第i次的融合图像中的开尔文温度，Sn是编号为n的小体积的平均灰度值，
其特征在于，K(Sn)＝120.34×[log2(Sn+1)-668]。
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| CN108805991B (zh) | 2020-10-02 |
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