CN110882057A - 一种退针布针系统及其定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种退针定位系统，该系统包括针道管理模块、热场计算模块、针道计算模块，其中，针道管理模块管理消融属性信息，对针道进行增删改查操作；热场计算模块根据针道管理模块的消融属性信息，计算消融针相应的热场范围；针道计算模块，获取针道管理模块的消融属性信息和热场计算模块得到的热场范围，根据当前针尖点位置沿基础针道方向计算出更新后的新的针尖点位置，得到消融针的更新位置，并将更新后的位置更新至针道管理模块。本发明还提供了该退针定位系统的定位方法。本发明还提供了退针布针系统，可以对退针消融方案进行规划。本发明能够仿真消融针及其热场模型，根据肿瘤适形消融，解决了退针过程中不准确且不直观的问题。

Description

一种退针布针系统及其定位方法
技术领域
本发明涉及一种消融针系统，尤其涉及一种退针布针系统及其定位方法。
背景技术
微波消融手术中的穿刺路径规划步骤是保证治疗计划高效、安全的关键步骤。临床中，针对大肿瘤常采用退针消融策略，即先通过一根消融针在某一入针深度消融一段时间，再沿同一直线向体外退出一定距离继续消融，如此重复若干次。
医生为在手术中达到适形消融的目的会对退针过程进行预先计划，但目前尚未有计划系统提供退针消融场景的模拟。目前的技术方案中针道共线主要依靠肉眼观察，该操作在三维空间中难以完成；当前的技术方案也无法直观地评估退针后的消融范围。
医生为在手术中为达到适形消融、减少消融针数量节省成本以及降低插针难度的目的会较多的使用退针过程进行预先计划，但目前尚未有计划系统提供退针消融场景的模拟，无法精准计划退针距离达到最佳覆盖效果。
发明内容
发明目的：本发明提出一种退针定位系统，可以对消融针进行定位。本发明的另一目的是提供基于该定位系统的定位方法。本发明还提供了退针布针系统，可以对退针消融方案进行规划。
技术方案：本发明所述的退针定位系统，该系统包括：
针道管理模块，用于管理消融属性信息，对针道进行增删改查操作；
热场计算模块，用于根据针道管理模块的消融属性信息，计算消融针相应的热场范围，所述消融属性信息包括：消融针属性信息及其空间参数、消融参数，其中，所述消融针属性信息包括：消融针型号、针杆直径、消融针有效长度、微波发射窗口位置，所述空间参数包括：针尖点位置、入针点位置、针道俯仰角、偏向角、入针深度，所述消融参数包括消融功率、消融时长；
针道计算模块，用于获取针道管理模块的消融属性信息和热场计算模块得到的热场范围，根据当前针尖点位置沿基础针道方向计算出更新后的新的针尖点位置，得到消融针的更新位置，并将更新后的位置更新至针道管理模块。
进一步地，所述针道计算模块包括：
有效性检测单元，用于对消融针的更新位置进行有效性检测，若不符合，则提示针道管理模块重新设置更新参数。
优选地，所述有效性检测单元，用于根据针道计算模块给出的新的针尖点位置，得到经皮入针深度，结合消融属性信息，判断入针深度是否大于等于最小入针深度且小于等于消融针有效长度，否则提示针道管理模块重新设置更新参数。
进一步地，所述热场计算模块包含热场数据库，所述热场数据库以(M，P，T)为热场信息索引唯一确定一个热场，M为消融针型号、P为消融功率、T为消融时长，得到热场数据库；热场计算模块根据针道管理模块中的消融属性信息，读取热场数据库中对应的热场，在热场坐标系下抽取等温面，将该等温面转换至对应针道坐标系。
优选地，所述等温面的抽取通过MarchingCube算法实现。
本发明所述的退针布针系统，包括上述的退针定位系统，以及：
器官与靶区管理模块，用于获取目标器官及肿瘤靶区影像数据，并生成目标器官及靶区三维模型；
安全性检测模块，用于基于器官与靶区管理模块生成的器官及靶区三维模型，判断退针定位系统中的针道及针尖点位置是否在肿瘤靶区消融有效区域内，针道是否与应规避器官相交，若相交，则给出提示，修改消融属性信息。
进一步地，该系统还包括：
数据管理模块，用于获取、存储、管理、输出病人影像数据，所述影像数据包括CT、MRI。
进一步地，所述数据管理模块还用于存储所述影像数据的基础信息，包括病例姓名、性别、ID、图像尺寸、格式、二进制文件路径。
进一步地，所述数据管理模块还用于生成人体三维模型。
进一步地，所述退针布针系统还包括：
交互模块，用于接收用户在可视化模块中GUI上的操作，并将操作解析为程序指令或数据，与数据管理模块、针道管理模块、针道计算模块、器官与靶区管理模块进行信息交互，所述GUI为图形用户界面；
可视化模块，用于依据器官与靶区管理模块及热场计算模块的输出生成对应的二维视图、三维视图，并在GUI上绘制，其中，所述二维视图包括：器官与靶区管理模块中目标器官及肿瘤靶区剖切得到的轮廓图；热场计算模块生成的热场等温面剖切得到的等温线；所述三维视图包括：目标器官、靶区的三维模型；热场等温面的三维模型。
进一步地，所述可视化模块还可以依据数据管理模块输出的影像数据以及交互模块提供的具体参数生成用于展示的二维视图、三维视图，并在GUI上绘制，其中，所述二维视图包括：从数据管理模块存储的影像数据中剖切得到的病例横断面、矢状面、冠状面切片；所述三维视图包括：根据数据管理模块存储的影像数据重建得到的三维模型；目标器官、靶区的三维模型；热场等温面的三维模型。
本发明所述的退针定位方法，应用于上述退针定位系统，该方法包括步骤：
(1)针道管理模块添加初始消融属性信息；
(2)热场计算模块获取针道管理模块的消融属性信息，计算消融针相应的热场范围；
(3)针道计算模块根据消融属性信息及热场范围，计算退针后的针尖点位置，更新消融属性信息，并将更新后的信息添加至针道管理模块；
(4)重复步骤(1)-(3)直至靶区消融完毕。
有益效果：本发明具有以下有益效果：
1、通过热场仿真，能够模拟出消融针的更新位置及其参量，能够实现精准退针、精确适形，解决了退针消融流程中布针计划不准确且肉眼无法直观估计消融范围的问题，精准控制退针距离和消融功率时间；
2、根据建立的目标器官及靶区三维模型，通过可视化模块可以直观展示布针路径及消融参数、热场范围；在上述提供的功能更全面的布针系统中，数据管理模块可以生成人体三维模型，可以方便人体多肿瘤的规划；
3、数据管理模块可以保存相关病例数据进行分类存储，方便调取；
4、通过安全性检测模块与有效性检测单元保证布针计划的可行性。
附图说明
图1为退针定位系统框图；
图2为基础针道横断面示意图；
图3为退针针道横断面示意图；
图4为基础针道、肿瘤、骨骼、热场范围横断面位置关系图；
图5为基础针道、肿瘤、骨骼、热场范围冠状面位置关系图；
图6为基础针道、肿瘤、骨骼、热场范围矢状面位置关系图；
图7为基础针道、肿瘤、骨骼、热场范围三维位置关系图；
图8为安全性检测结果；
图9为基础针道、肿瘤、骨骼、热场范围横断面位置关系图；
图10为退针针道、肿瘤、骨骼、叠加消融范围横断面位置关系图；
图11为退针针道、肿瘤、骨骼、叠加消融范围冠状面位置关系图；
图12为退针针道、肿瘤、骨骼、叠加消融范围矢状面位置关系图；
图13为退针针道、肿瘤、骨骼、叠加消融范围三维位置关系图；
图14为热场范围叠加效果图；
图15为退针方式布针消融图。
具体实施方式
请参见图1，其示出了本发明所述的退针定位系统，该系统包括：
针道管理模块，用于管理消融属性信息，对针道进行增删改查操作；
热场计算模块，用于根据针道管理模块的消融属性信息，计算消融针相应的热场范围4；
针道计算模块，用于获取针道管理模块的消融属性信息和热场计算模块得到的热场范围4，根据当前针尖点位置沿基础针道方向计算出更新后的新的针尖点位置，得到消融针的更新位置，并将更新后的位置更新至针道管理模块。所述基础针道即选定的消融针的初始位置(将初始位置下的消融针记为基础针)，在针杆长度范围内，使基础针产生的热场能够覆盖经皮穿刺最深处的肿瘤。
在实施例中，热场数据库以(M，P，T)为热场信息索引唯一确定一个热场，M为消融针型号、P为消融功率、T为消融时长，得到热场数据库；热场计算模块根据针道管理模块中的消融属性信息，读取热场数据库中对应的热场，在热场坐标系下抽取等温面，将该等温面转换至对应针道坐标系。
在实施例中，所述消融属性信息包括：消融针属性信息及其空间参数、消融参数。
在实施例中，所述消融针属性信息包括：消融针型号、针杆直径、消融针有效长度、微波发射窗口位置。
在实施例中，所述空间参数包括：针尖点位置、入针点位置、针道俯仰角、偏向角、入针深度。
在实施例中，所述消融参数包括消融功率、消融时长。
在实施例中，所述等温面的抽取通过MarchingCube算法实现。
退针定位系统适用于基础针道已经确定且安全的情况，该系统可以嫁接至其他针道定位装置或系统等。
本实施例中，所述针道计算模块还包括：有效性检测单元，用于对消融针的更新位置进行有效性检测，若不符合，则提示针道管理模块重新设置更新参数。
所述有效性检测为：根据针道计算模块给出的新的针尖点位置，得到经皮入针深度，结合消融属性信息，判断入针深度是否大于等于最小入针深度且小于等于消融针有效长度，否则提示针道管理模块重新设置更新参数。
一种退针定位方法，应用于退针定位系统，该方法包括步骤：
(1)针道管理模块添加初始消融属性信息；
(2)热场计算模块获取针道管理模块的消融属性信息，计算消融针相应的热场范围4；
(3)针道计算模块根据消融属性信息及热场范围4，计算退针后的针尖点位置，更新消融属性信息，并将更新后的信息添加至针道管理模块；
(4)重复步骤(1)-(3)直至靶区消融完毕。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
实施例1
一种退针布针系统A，包括上述的退针定位系统，以及：
器官与靶区管理模块，用于获取目标器官及肿瘤靶区3影像数据，并生成目标器官及靶区三维模型；
安全性检测模块，用于基于器官与靶区管理模块生成的器官及靶区三维模型，判断退针定位系统中的针道及针尖点位置是否在肿瘤靶区3消融有效区域内，针道是否与应规避器官相交，若相交，则给出提示，修改消融属性信息。
实施例2
一种退针计划方法a，应用于退针布针系统A，该方法包括步骤：
(1)器官与靶区管理模块获取目标器官及肿瘤靶区3影像数据，并生成目标器官及靶区三维模型；
(2)针道管理模块添加初始消融属性信息；
(3)安全性检测模块根据器官与靶区管理模块生成的器官及靶区三维模型，如图8所示，判断初始消融属性信息中的针道及针尖点位置是否在肿瘤靶区3消融有效区域内，针道是否与应规避器官相交，若相交，则给出提示，针道管理模块根据提示修改消融属性信息；
(4)热场计算模块获取针道管理模块的消融属性信息，计算消融针1相应的热场范围4；
(5)针道计算模块根据消融属性信息及热场范围4，计算退针后的针尖点位置；
(6)安全性检测模块判断退针后的针尖点位置是否在肿瘤靶区3消融有效区域内，若在则更新消融属性信息，并将更新后的信息添加至针道管理模块；若不在则跳转至步骤(4)；
(7)重复步骤(2)-(6)直至靶区消融完毕。
实施例3
一种退针布针系统B，除退针布针系统A所涵盖的全部内容外，还包括：
数据管理模块，用于获取、存储、管理、输出病人影像数据。
在实施例中，所述影像数据包括CT、MRI。
实施例4
一种退针布针系统C，除退针布针系统A所涵盖的全部内容外，还包括：
数据管理模块，用于存储所述影像数据的基础信息，包括病例姓名、性别、ID、图像尺寸、格式、二进制文件路径。
实施例5
一种退针布针系统D，除退针布针系统A所涵盖的全部内容外，还包括：
数据管理模块，用于生成人体三维模型。
上述实施例3-5的数据管理模块功能可以单独实施或者组合。
实施例6
一种退针计划方法b，应用于上述的退针布针系统B、C、D或者其功能组合的其他系统，该方法包括步骤：
(1)数据管理模块获取、存储、管理、输出病人影像数据；
(2)器官与靶区管理模块获取目标器官及肿瘤靶区3影像数据，并生成目标器官及靶区三维模型；
(3)针道管理模块添加初始消融属性信息；
(4)安全性检测模块根据器官与靶区管理模块生成的器官及靶区三维模型，判断初始消融属性信息中的针道及针尖点位置是否在肿瘤靶区3消融有效区域内，针道是否与应规避器官相交，若相交，则给出提示，针道管理模块根据提示修改消融属性信息；
(5)热场计算模块获取针道管理模块的消融属性信息，计算消融针1相应的热场范围4；
(6)针道计算模块根据消融属性信息及热场范围4，计算退针后的针尖点位置；
(7)安全性检测模块判断退针后的针尖点位置是否在肿瘤靶区3消融有效区域内，若在则更新消融属性信息，并将更新后的信息添加至针道管理模块；若不在则跳转至步骤(5)；
(8)重复步骤(3)-(7)直至靶区消融完毕。
实施例7
一种退针布针系统E，除退针布针系统A所涵盖的全部内容外，还包括：
交互模块，用于接收用户在可视化模块中GUI上的操作，并将操作解析为程序指令或数据，与数据管理模块、针道管理模块、针道计算模块、器官与靶区管理模块进行信息交互，所述GUI为图形用户界面；
可视化模块，用于依据器官与靶区管理模块的输出生成对应的二维视图、三维视图，并在GUI上绘制；依据热场计算模块的输出生成等温面的二维视图、三维视图，并在GUI上绘制。
在实施例中，所述可视化模块还可以依据数据管理模块输出的影像数据以及交互模块提供的具体参数生成用于展示的二维视图、三维视图，并在GUI上绘制。
在实施例中，所述二维视图包括：器官与靶区管理模块中目标器官及肿瘤靶区3剖切得到的轮廓图；热场计算模块生成的热场等温面剖切得到的等温线。图10～图12分别显示了横断面、冠状面、矢状面上各轮廓与热场范围4的轮廓线，图13展示了各轮廓与热场范围4的三维模型。图14单独展示了原针道与新针道消融范围叠加后的形态。
在实施例中，所述二维视图包括：从数据管理模块存储的影像数据中剖切得到的病例横断面、矢状面、冠状面切片，如图4-6所示。
在实施例中，所述三维视图包括：目标器官、靶区的三维模型；热场等温面的三维模型，如图7。
在实施例中，所述三维视图包括：根据数据管理模块存储的影像数据重建得到的三维模型；目标器官、靶区的三维模型；热场等温面的三维模型。
从基础针道拷贝空间位置参数至新针道，交互模块接收调整入针深度，经计算模块处理后得到新的针尖点位置。GUI界面绘制新的针道位置以及新针尖点位置与原针尖点位置连线。图9中，为基础针道，后续退针的新针道同样在基础针道上，只改变针尖点位置。图10中，新针道经由原针道退针17mm而来，界面显示新针道位置，并虚线连接新针道针尖与原针尖，并标明退针距离5为17mm。
实施例8
一种退针计划方法c，应用于所述的退针布针系统E，该方法包括步骤：
(1)器官与靶区管理模块获取目标器官及肿瘤靶区3影像数据，并生成目标器官及靶区三维模型，由可视化模块显示其对应的二维视图、三维视图；
(2)交互模块接收用户在可视化模块中GUI上的操作，向可视化模块请求切换视图或调整视图角度；
(3)针道管理模块添加初始消融属性信息，并由可视化模块生成对应的二维视图、三维视图，并在GUI上绘制；
(4)安全性检测模块根据器官与靶区管理模块生成的器官及靶区三维模型，判断初始消融属性信息中的针道及针尖点位置是否在肿瘤靶区3消融有效区域内，针道是否与应规避器官相交，若相交，则给出提示，进入步骤(5)，否则进入步骤(6)；如图8所示，针道路径与骨骼相交，界面给出了提示；
(5)交互模块接收用户在可视化模块中GUI上的操作，并将操作解析为程序指令或数据，针道管理模块根据操作修改消融属性信息；
(6)热场计算模块获取针道管理模块的消融属性信息，计算消融针1相应的热场范围4，由可视化模块显示对应热场等温面的二维视图、三维视图；
(7)针道计算模块根据消融属性信息及热场范围4，计算退针后的针尖点位置，并由可视化模块显示；
(8)安全性检测模块判断退针后的针尖点位置是否在肿瘤靶区3消融有效区域内，若在则更新消融属性信息，并将更新后的信息添加至针道管理模块；若不在则跳转至步骤(5)；
(9)重复步骤(2)-(8)直至靶区消融完毕。
实施例9
对于小肿瘤(<＝3cm的肿瘤)，本实施例提出了一种退针计划方法d，应用于所述的退针布针系统E，该方法包括步骤：
(1)器官与靶区管理模块获取目标器官及肿瘤靶区3影像数据，并生成目标器官及靶区三维模型，由可视化模块显示其对应的二维视图、三维视图；
(2)交互模块接收用户在可视化模块中GUI上的操作，向可视化模块请求切换视图或调整视图角度；
(3)针道管理模块添加初始消融属性信息，针对小肿瘤，在路径安全的情况下选择肿瘤长轴方向进针如图2，该针道为基础针道，与皮肤2上的交点为入针点，根据肿瘤特征通过针道管理模块选择针的型号，并由可视化模块生成对应的二维视图、三维视图，并在GUI上绘制。
所述基础针道如图2，消融针1通过皮肤2进入肿瘤靶区3，热场计算模块形成热场4，该针1的针道为基础针道，后续退针的针道方向不变，只改变针尖点位置。
(4)安全性检测模块根据器官与靶区管理模块生成的器官及靶区三维模型，判断初始消融属性信息中的针道及针尖点位置是否在肿瘤靶区3消融有效区域内，针道是否与应规避器官相交，若相交，则给出提示，进入步骤(5)，否则进入步骤(6)；如图8所示，针道路径与骨骼相交，界面给出了提示；
(5)交互模块接收用户在可视化模块中GUI上的操作，并将操作解析为程序指令或数据，针道管理模块根据操作修改消融属性信息；
(6)热场计算模块获取针道管理模块的消融属性信息，根据肿瘤短轴长度，计算能够覆盖短轴的热场最优参数(消融功率、消融时长)，由可视化模块显示对应热场等温面的二维视图、三维视图；
(7)针道计算模块根据消融属性信息及热场范围，判断生成的热场长轴是否小于肿瘤长轴，如果小于，针道管理模块计算退针后的针尖点位置如图3，并由可视化模块显示，退针距离5为热场短径，直至组合的热场长径大于肿瘤长径；如果大于，认为退针完成如图3所示，跳转至步骤(9)；
所述退针如图3，消融针1通过皮肤2进入肿瘤靶区3，热场计算模块形成热场4，该针1的针道为基础针道，退针的针道方向不变，只改变针尖点位置，此时针尖移动的距离就是退针距离5。
(8)安全性检测模块判断退针后的针尖点位置是否在肿瘤靶区3消融有效区域内，若在则更新消融属性信息，并将更新后的信息添加至针道管理模块；若不在则跳转至步骤(5)；
(9)交互模块调整退针距离5，在覆盖率100％的前提下，减小过消融率，针道管理模块更新消融针1位置，若无法达到100％，取覆盖率最大，过消融率较小的情况更新消融属性信息。
实施例10
对于小肿瘤(<＝3cm的肿瘤)，本实施例提出了利用迭代实现自动退针的方法，即一种退针计划方法e，应用于所述的退针布针系统E，其特征在于，该方法包括步骤：
(1)器官与靶区管理模块获取目标器官及肿瘤靶区3影像数据，并生成目标器官及靶区三维模型，由可视化模块显示其对应的二维视图、三维视图；
(2)交互模块接收用户在可视化模块中GUI上的操作，向可视化模块请求切换视图或调整视图角度；
(3)针道管理模块添加初始消融属性信息，针对小肿瘤，在路径安全的情况下选择肿瘤长轴方向进针如图2，该针道为基础针道，与皮肤2上的交点为入针点，根据肿瘤特征通过针道管理模块选择针的型号，并由可视化模块生成对应的二维视图、三维视图，并在GUI上绘制。
(4)安全性检测模块根据器官与靶区管理模块生成的器官及靶区三维模型，判断初始消融属性信息中的针道及针尖点位置是否在肿瘤靶区3消融有效区域内，针道是否与应规避器官相交，若相交，则给出提示，进入步骤(5)，否则进入步骤(6)；如图8所示，针道路径与骨骼相交，界面给出了提示；
(5)交互模块接收用户在可视化模块中GUI上的操作，并将操作解析为程序指令或数据，针道管理模块根据操作修改消融属性信息；
(6)热场计算模块获取针道管理模块的消融属性信息，根据肿瘤短轴长度，计算能够覆盖短轴的热场最优参数(消融功率、消融时长)，由可视化模块显示对应热场等温面的二维视图、三维视图；
(7)针道计算模块根据消融属性信息及热场范围4，判断生成的热场长轴是否小于肿瘤长轴，如果小于，根据未被热场覆盖的肿瘤的短轴，计算能够覆盖短轴的热场最优参数(功率、时间)，设置退针位置如图3；如果大于，认为退针完成，跳转至步骤(9)；
(8)安全性检测模块判断退针后的针尖点位置是否在肿瘤靶区3消融有效区域内，若在则更新消融属性信息，并将更新后的信息添加至针道管理模块；若不在则跳转至步骤(5)；
(9)交互模块调整退针距离5，在覆盖率100％的前提下，减小过消融率，针道管理模块更新消融针1位置，若无法达到100％，取覆盖率最大，过消融率较小的情况更新消融属性信息。
实施例11：大肿瘤退针
对于大肿瘤的情况，本实施例提出了平行针退针的方法，即一种退针计划方法e，应用于所述的退针布针系统E，其特征在于，该方法包括步骤：
(1)器官与靶区管理模块获取目标器官及肿瘤靶区3影像数据，并生成目标器官及靶区三维模型，由可视化模块显示其对应的二维视图、三维视图；
(2)交互模块接收用户在可视化模块中GUI上的操作，向可视化模块请求切换视图或调整视图角度；
(3)针道管理模块添加初始消融属性信息，针对大肿瘤，在路径安全的情况下通过可视化界面选择进针位置和方向，根据肿瘤特征通过针道管理模块选择针的型号，并由可视化模块生成对应的二维视图、三维视图，并在GUI上绘制。
(4)安全性检测模块根据器官与靶区管理模块生成的器官及靶区三维模型，判断初始消融属性信息中的针道及针尖点位置是否在肿瘤靶区3消融有效区域内，针道是否与应规避器官相交，若相交，则给出提示，进入步骤(5)，否则进入步骤(6)；如图8所示，针道路径与骨骼相交，界面给出了提示；
(5)交互模块接收用户在可视化模块中GUI上的操作，并将操作解析为程序指令或数据，针道管理模块根据操作修改消融属性信息；
(6)热场计算模块获取针道管理模块的消融属性信息，根据肿瘤短轴长度，计算能够覆盖热场短轴方向的热场最优参数(消融功率、消融时长)，如果无法覆盖短轴方向，针道管理模块添加当前层面的平行针道，交互模块调整针道位置，直至组合热场覆盖短轴方向上的肿瘤靶区3，由可视化模块显示对应热场等温面的二维视图、三维视图；
(7)针道计算模块根据消融属性信息及热场范围4，判断生成的热场长轴是否小于肿瘤长轴，如果小于，针道管理模块计算退针后的针尖点位置，并由可视化模块显示，退针距离5为热场短径，直至组合的热场长径大于肿瘤长径；如果大于，认为退针完成，跳转至步骤(9)；
(8)安全性检测模块判断退针后的针尖点位置是否在肿瘤靶区消融有效区域内，若在则更新消融属性信息，并将更新后的信息添加至针道管理模块；若不在则跳转至步骤(5)；
(9)交互模块调整退针距离5，在覆盖率100％的前提下，减小过消融率，针道管理模块更新消融属性信息，若无法达到100％，取覆盖率最大，过消融率较小的情况更新消融属性信息。
实施例12
本实施例提出了最优自动退针的方法，即一种退针计划方法e，应用于所述的退针布针系统E，其特征在于，该方法包括步骤：
(1)器官与靶区管理模块获取目标器官及肿瘤靶区3影像数据，并生成目标器官及靶区三维模型，由可视化模块显示其对应的二维视图、三维视图；
(2)交互模块接收用户在可视化模块中GUI上的操作，向可视化模块请求切换视图或调整视图角度；
(3)针道管理模块添加初始消融属性信息在路径安全的情况下通过可视化界面选择进针位置和方向，根据肿瘤特征通过针道管理模块选择针的型号，并由可视化模块生成对应的二维视图、三维视图，并在GUI上绘制。
(4)安全性检测模块根据器官与靶区管理模块生成的器官及靶区三维模型，判断初始消融属性信息中的针道及针尖点位置是否在肿瘤靶区3消融有效区域内，针道是否与应规避器官相交，若相交，则给出提示，进入步骤(5)，否则进入步骤(6)；如图8所示，针道路径与骨骼相交，界面给出了提示；
(5)交互模块接收用户在可视化模块中GUI上的操作，并将操作解析为程序指令或数据，针道管理模块根据操作修改消融属性信息；
(6)热场计算模块获取针道管理模块的消融属性信息，根据肿瘤短轴长度，计算能够覆盖热场短轴方向的热场最优参数(消融功率、消融时长)，如果无法覆盖短轴方向，针道管理模块添加当前层面的平行针道，交互模块调整针道位置，直至组合热场覆盖短轴方向上的肿瘤靶区3，由可视化模块显示对应热场等温面的二维视图、三维视图；
(7)针道计算模块根据消融属性信息及热场范围4，判断生成的热场长轴是否小于肿瘤长轴，如果小于，针道管理模块计算退针后的针尖点位置，并由可视化模块显示，退针的针尖距离皮肤2大于最短入针距离小于最长入针距离，根据100％覆盖肿瘤靶区的原则，求出退针的最远距离和最佳消融参数，若始终无法100％覆盖肿瘤靶区，则再次进行退针，直至100％覆盖肿瘤靶区；
(10)安全性检测模块判断退针后的针尖点位置是否在肿瘤靶区消融有效区域内，若在则更新消融属性信息，并将更新后的信息添加至针道管理模块；若不在则跳转至步骤(5)。
实施例13
本实例解释了基础针和基础针道。
(1)器官与靶区管理模块获取目标器官及肿瘤靶区3影像数据，并生成目标器官及靶区三维模型，由可视化模块显示其对应的二维视图、三维视图；
(2)交互模块根据肿瘤靶区的形状和进针方向选择布针方式进行布针，若选择退针，布置基础针，确定基础针道。
所述进针方向，需要满足以下条件：避开危险器官、方便医生操作并且距离皮肤上的进针点距离短；
所述布针方式，退针、平行布针和分层等布针方法，根据肿瘤形态进行组合。若是小于3cm的小肿瘤靶区，可单针一次消融完成，若是长度较长的肿瘤靶区，可选择退针消融，若是宽度较宽的肿瘤靶区，可选择平行布针，若是大肿瘤，各种布针方法结合使用。
当选择退针时，如图15所示，预计消融区域5为针道周围的区域，因此布置消融针时尽量将预计消融区的长轴方向与针道方向一致，消融范围4包裹预计消融区域5的前端，当前针道即为基础针道，当前位置的针即为基础针，后续沿着基础针道后退，改变针尖点位置，将针道周围的肿瘤用热场包裹，退针距离为前后两根针的距离。如图3所示，热场范围4即为退针1次后的总的消融范围。
实施例14
本实例解释了热场等温面由热场坐标系转换至对应针道坐标系。
热场数据包含热场坐标系，在热场计算过程中，热场应与相应消融针建立联系，即将热场(热场坐标系)变换至消融针所处坐标系(全局坐标系)中。变换过程如下：
(1)置热场坐标零点于全局坐标系零点，热场坐标系x、y、z轴分别平行于全局坐标系x、y、z轴；
(2)旋转热场矩阵，使热场z轴方向平行于针杆方向。旋转角度为两z轴夹角，旋转法向量为两z轴所成平面法向量，计算此时的变换矩阵M1；
(3)平移热场，使热场坐标零点与消融针发射窗口重合，得到此时的变换矩阵M2；
(4)串联以上两步的到的变换矩阵，得到M＝M2*M1；
(5)则对热场中的任意点，可通过M计算变换后的位置。
对参与消融的所有消融针热场均进行以上变换，得到n个位于全局坐标系中的热场分布，互相间可能有重叠。

Claims (12)

1.一种退针定位系统，其特征在于，该系统包括：
针道管理模块，用于管理消融属性信息，对针道进行增删改查操作；
热场计算模块，用于根据针道管理模块的消融属性信息，计算消融针相应的热场范围，所述消融属性信息包括：消融针属性信息及其空间参数、消融参数，其中，所述消融针属性信息包括：消融针型号、针杆直径、消融针有效长度、微波发射窗口位置，所述空间参数包括：针尖点位置、入针点位置、针道俯仰角、偏向角、入针深度，所述消融参数包括消融功率、消融时长；
针道计算模块，用于获取针道管理模块的消融属性信息和热场计算模块得到的热场范围，根据当前针尖点位置沿选定的基础针道方向计算出更新后的新的针尖点位置，得到消融针的更新位置，并将更新后的位置更新至针道管理模块。
2.根据权利要求1所述的退针定位系统，其特征在于，所述针道计算模块包括：
有效性检测单元，用于对消融针的更新位置进行有效性检测，若不符合，则提示针道管理模块重新设置更新参数。
3.根据权利要求2所述的退针定位系统，其特征在于：
所述有效性检测单元，用于根据针道计算模块给出的新的针尖点位置，得到经皮入针深度，结合消融属性信息，判断入针深度是否大于等于最小入针深度且小于等于消融针有效长度，否则提示针道管理模块重新设置更新参数。
4.根据权利要求1所述的退针定位系统，其特征在于，所述热场计算模块包含热场数据库，热场数据库以(M，P，T)为热场信息索引唯一确定一个热场，M为消融针型号、P为消融功率、T为消融时长，得到热场数据库；热场计算模块根据针道管理模块中的消融属性信息，读取热场数据库中对应的热场，在热场坐标系下抽取等温面，将所述等温面转换至对应针道坐标系。
5.根据权利要求4所述的退针定位系统，其特征在于，所述等温面的抽取通过MarchingCube算法实现。
6.一种退针布针系统，其特征在于，包括权利要求1所述的退针定位系统，以及：
器官与靶区管理模块，用于获取目标器官及肿瘤靶区影像数据，并生成目标器官及靶区三维模型；
安全性检测模块，用于基于器官与靶区管理模块生成的器官及靶区三维模型，判断退针定位系统中的针道及针尖点位置是否在肿瘤靶区消融有效区域内，针道是否与应规避器官相交，若相交，则给出提示，修改消融属性信息。
7.根据权利要求6所述的退针布针系统，其特征在于，该系统还包括：
数据管理模块，用于获取、存储、管理、输出病人影像数据，所述影像数据包括CT、MRI。
8.根据权利要求7所述的退针布针系统，其特征在于：所述数据管理模块还用于存储所述影像数据的基础信息，包括病例姓名、性别、ID、图像尺寸、格式、二进制文件路径。
9.根据权利要求7所述的退针布针系统，其特征在于：所述数据管理模块还用于生成人体三维模型。
10.根据权利要求6所述的退针布针系统，其特征在于，该系统还包括：
交互模块，用于接收用户在可视化模块中GUI上的操作，并将操作解析为程序指令或数据，与数据管理模块、针道管理模块、针道计算模块、器官与靶区管理模块进行信息交互，所述GUI为图形用户界面；
可视化模块，用于依据器官与靶区管理模块及热场计算模块的输出生成对应的二维视图、三维视图，并在GUI上绘制，其中，所述二维视图包括：器官与靶区管理模块中目标器官及肿瘤靶区剖切得到的轮廓图；热场计算模块生成的热场等温面剖切得到的等温线；所述三维视图包括：目标器官、靶区的三维模型；热场等温面的三维模型。
11.根据权利要求10所述的退针布针系统，其特征在于，所述可视化模块还可以依据数据管理模块输出的影像数据以及交互模块提供的具体参数生成用于展示的二维视图、三维视图，并在GUI上绘制，其中，所述二维视图包括：从数据管理模块存储的影像数据中剖切得到的病例横断面、矢状面、冠状面切片；所述三维视图包括：根据数据管理模块存储的影像数据重建得到的三维模型；目标器官、靶区的三维模型；热场等温面的三维模型。
12.一种退针定位方法，应用于权利要求1所述的退针定位系统，其特征在于，该方法包括步骤：
(1)针道管理模块添加初始消融属性信息；
(2)热场计算模块获取针道管理模块的消融属性信息，计算消融针相应的热场范围；
(3)针道计算模块根据消融属性信息及热场范围，计算退针后的针尖点位置，更新消融属性信息，并将更新后的信息添加至针道管理模块；
(4)重复步骤(1)-(3)直至靶区消融完毕。
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