CN116077170A - 一种消融调节控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种消融调节控制方法及系统，包括实时获取消融手术过程中的超声图像；获取所述超声图像中温度超过第一预设温度的消融半径，同时获取达到该消融半径时的消融功率以及消融时间；获取多组温度超过第一预设温度的消融半径以及相应的达到该消融半径时消融功率以及消融时间；根据所述多组温度超过第一预设温度的消融半径以及相应的达到该消融半径时消融功率以及消融时间拟合出消融半径与消融功率以及消融时间的第一关系式；根据所述第一关系式获得达到目标消融半径的消融功率以及消融时间参数。通过上述方案解决了消融过程中不容易对参数进行调节控制的技术问题。

Description

一种消融调节控制方法及系统
技术领域
本发明涉及医学数据处理领域，具体而言涉及一种消融调节控制方法及系统。
背景技术
消融是指通过物理或化学手段使肿瘤组织失活，利用射频消融技术治疗恶性肿瘤时通常是将不同形状的消融电极针插入到患者恶性肿瘤组织中，利用射频发生仪产生的交变电流使得组织内导电离子和极化分子沿射频电流方向做高速运动产生焦耳热，热能随时间增加逐渐向外传导给肿瘤细胞，利用肿瘤细胞对高温的承受能力较差的特点，完成对肿瘤细胞的原位灭活。
在进行消融手术的过程中，通常由医生将消融针刺入目标病灶，同时医生通过超声等观察病灶区域的变化，在消融过程中，目标位置由于温度升高，导致目标区域的超声图像变化，医生超声图像的变化对消融的参数进行调整，以确定消融的具体范围，如改变消融针的功率、改变消融的时长等。但是，由于人体组织传热需要一定的时间，关闭消融针电源后中心热量会持续传导至外围，超声图看到当前结果并不一定是最终结果，并且由于不同人体的、不同人体器官的导热性能不同、目标病灶大小不同，消融设备很难给定一个确定的消融参数，如对于直径3cm的肝肿瘤，部分消融设备给定的参数为35-40w，消融时间5-15min，参数的范围过大，对于经验不足的医生来说非常以难控制，消融时间或功率不足时，不足以达到预定消融效果，消融时间或功率过大时又容易伤害健康组织。
发明内容
为了解决上述背景技术中的问题，本发明提供一种消融调节控制方法及系统，采用计算机设备实时评估当前的消融效果，对消融的参数调节提供参考。
在本发明的一个方面，提供一种消融调节控制方法，包括步骤S01、实时获取消融手术过程中的超声图像；步骤S02、获取所述超声图像中温度超过第一预设温度的消融半径，同时获取达到该消融半径时的消融功率以及消融时间；步骤S03、获取多组温度超过第一预设温度的消融半径以及相应的达到该消融半径时消融功率以及消融时间；步骤S04、根据所述多组温度超过第一预设温度的消融半径以及相应的达到该消融半径时消融功率以及消融时间拟合出消融半径与消融功率以及消融时间的第一关系式；步骤S05、根据所述第一关系式获得达到目标消融半径的消融功率以及消融时间参数。
进一步地，通过人工或自动化的方式获取所述超声图像中温度超过第一预设温度的消融半径。
进一步地，所述自动化的方式获取所述超声图像中温度超过第一预设温度的消融半径包括：通过图像识别算法识别所述超声图像中病灶处温度阴影深度达到预设值的范围，则该范围的半径为所述消融半径。
进一步地，所述多组温度超过第一预设温度的消融半径以及相应的达到该消融半径时消融功率以及消融时间拟合出消融半径与消融功率以及消融时间的第一关系式包括：
消融针输入的能量为
其中为消融针热效率，为消融针功率，为消融时间
当消融针功率各阶段的功率不同时输入的能量为
其中为每阶段的功率，为每一阶段的时间；
对于半径为的消融半径，其吸收的热量为
其中为消融位置的比热，为消融位置升高的温度
对于半径为的消融半径，其放出的热量为
其中为散热系数，为中心温度与半径R处的温度差；
因此根据能量守恒原理可知
其中为消融半径为R的病灶的吸热比例
的值近似不变，近似不变，近似不变，则有
其中为待定系数；
根据多组的消融半径R以及相应的消融针功率，消融时间，在坐标系中画出一系列的点，通过曲线拟合得到的值，得到消融半径与消融功率以及消融时间的第一关系式。
进一步地，所述第一关系式获得达到目标消融半径的消融功率以及消融时间参数包括：根据所述一关系式获取达到目标消融半径所需要的总能量，根据已输入的能量获取还需要输入的能量，根据还需要输入的能量获取还需要进行消融的时间及功率。
本发明还公开了一种消融调节控制系统，获取模块，用于实时获取消融手术过程中的超声图像；第一计算模块用于，获取所述超声图像中温度超过第一预设温度的消融半径，同时获取达到该消融半径时的消融功率以及消融时间；获取多组温度超过第一预设温度的消融半径以及相应的达到该消融半径时消融功率以及消融时间；拟合模块，用于根据所述多组温度超过第一预设温度的消融半径以及相应的达到该消融半径时消融功率以及消融时间拟合出消融半径与消融功率以及消融时间的第一关系式；确定模块，用于根据所述第一关系式获得达到目标消融半径的消融功率以及消融时间参数。
进一步地，通过人工或自动化的方式获取所述超声图像中温度超过第一预设温度的消融半径。
进一步地，所述自动化的方式获取所述超声图像中温度超过第一预设温度的消融半径包括：通过图像识别算法识别所述超声图像中病灶处温度阴影深度达到预设值的范围，则该范围的半径为所述消融半径。
进一步地，所述根据所述多组温度超过第一预设温度的消融半径以及相应的达到该消融半径时消融功率以及消融时间拟合出消融半径与消融功率以及消融时间的第一关系式包括：
消融针输入的能量为
其中为消融针热效率，为消融针功率，为消融时间
当消融针功率各阶段的功率不同时输入的能量为
其中为每阶段的功率，为每一阶段的时间；
对于半径为的消融半径，其吸收的热量为
其中为消融位置的比热，为消融位置升高的温度
对于半径为的消融半径，其放出的热量为
其中为散热系数，为中心温度与半径R处的温度差；
因此根据能量守恒原理可知
其中为消融半径为R的病灶的吸热比例
的值近似不变，近似不变，近似不变，则有
其中为待定系数；
根据多组的消融半径R以及相应的消融针功率，消融时间，在坐标系中画出一系列的点，通过曲线拟合得到的值，得到消融半径与消融功率以及消融时间的第一关系式。
进一步地，根据所述第一关系式获得达到目标消融半径的消融功率以及消融时间参数包括：根据所述一关系式获取达到目标消融半径所需要的总能量，根据已输入的能量获取还需要输入的能量，根据还需要输入的能量获取还需要进行消融的时间及功率。。
本发明通过上述技术方案，通过实时对消融目标的超声图像进行分析，得到达到目标消融半径需要的能量，为消融的功率和消融时间的调节控制提供指导。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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 本发明方法示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出优选的描述。
本实施例通过如下步骤解决上述问题:
在一个实施例中，参考图1，本发明提供一种消融调节控制方法，包括如下步骤：
步骤S01、实时获取消融手术过程中的超声图像。
消融手术过程是指将消融针插入目标病灶，消融针开始工作之后，当消融针开始工作之后 ，针尖的周围的温度开始上升，通过超声设备可以实时获取目标病灶处的超声图像。由于针尖处的温度上升导致针尖周围形成一个升温的圆球，在超声图像中呈现出为一个圆形，并且圆球内部温度高，越往外温度越低，在超声图像中呈现为一个由深至浅的阴影。
超声设备的实时性非常强，在采集到图像后立即将图像传输至计算机系统进行处理，这里的计算机系统可以是集成至超声设备的，也可以是独立的超声设备，本发明不做限定。
步骤S02、获取所述超声图像中温度超过第一预设温度的消融半径，同时获取达到该消融半径时的消融功率以及消融时间。
超声图像中温度升高的部分在图像中表现为阴影，同时温度越高阴影越深，现有技术中医生通常通过观察阴影的深浅来确定是否达到目标温度。对于预设的消融温度（如达到最佳消融效果的温度），可以通过计算机系统进行自动识别范围，如通过图像识别算法识别阴影深度达到一定阈值的范围，则该范围内的温度达到了第一预设温度。另外，还可以采用人工的方式进行画室，如在手术的过程中，提示医生圈定达到第一预设温度的范围。在确定达到第一预设温度的范围（温度扩散为圆形），后即可温度该范围的半径，示例性时，在消融开户后2分钟时第一次测量的半径为0.5 cm。
为获取此时消融针总共输出了多少热量，还需要记录此时的消融功率及消融时间，如采用35w的功率消融了2分钟；进一步地，消融功率及消融时间还可以是阶段性地，如采用35W的功率消融了1分钟，采用40W的功率消融了一分钟。
步骤S03、获取多组温度超过第一预设温度的消融半径以及相应的达到该消融半径时消融功率以及消融时间。
为了后继处理的准确性，在手术的过程中需要进一步地获得多组数据。示例性地，可以每隔一预设的时间获取一组温度超过第一预设温度的消融半径以及相应的达到该半径时消融功率以及消融时间；示例性地，可以在第3分钟、第4分钟、第5分钟……分别通过步骤S02获取实时的消融半径，并且记录此时的消融功率以及消融时间。另外，也可以每隔一个预设距离的消融半径获取一组数据；示例性地，可以消融半径0.5cm、0.75cm、1cm……时分别获取一组数据。
步骤S04、根据所述多组温度超过第一预设温度的消融半径以及相应的达到该消融半径时消融功率以及消融时间拟合出消融半径与消融功率以及消融时间的第一关系式；
消融目标区域温度升高的能量来自消融针，
消融针输入的能量为
其中为消融针热效率，为消融针功率，为消融时间
很显然地，当消融针功率各阶段的功率不同时输入的能量为
其中为每阶段的功率，为每一阶段的时间。
对于半径为的消融半径，其吸收的热量为
其中为消融位置的比热，为消融位置升高的温度
对于半径为的消融半径，其放出的热量为
其中为散热系数，为中心温度与半径R处的温度差；
因此根据能量守恒原理可知
其中为消融半径为R的病灶的吸热比例
的值近似不变，近似不变，近似不变，则有
其中为待定系数。
在前述的步骤中获得了多组的消融半径R以及相应的，消融针功率，消融时间，因此可以在坐标系中画出一系列的点，通过曲线拟合可以得到的值，因而得到消融半径与消融功率以及消融时间的第一关系式。
步骤S05、根据所述第一关系式获得达到目标消融半径的消融功率以及消融时间参数。
在获得消融半径与消融功率以及消融时间的第一关系式之后，对于给定的消融半径，即可计算出消融需要的总功率。示例性地，在消融手术进行的过程中，在消融半径达到2.5cm时获取了第一关系式，而目标半径为3cm，则可将3cm代入到第一关系式中，获取达到第一关系式时需要的总能量PT，结合已输入的能量，则可以求得还需要输入多少能量，从面调整消融功率以及消融时间。示例性地，在半径达到2.5cm时，输入的总能量为 (消融通常以分钟计，为方便计算，本示例以瓦分钟表示能量，其它能量表示方法均可)，而通过第一关系式计算出达到3cm时需要输入的总能量为，则还需要输入的能量，此时，如果采用35w的功率继续进行消融，则需要消融2分钟，如果采用50w的功率进行消融，则发消融1.4分钟，通过上述方法可以确定出还需要进行消融的功率以及时间。
在另一种实施方式中，本发明还公开了一种消融调节控制系统，包括如下模块：
获取模块，用于实时获取消融手术过程中的超声图像；
第一计算模块用于，获取所述超声图像中温度超过第一预设温度的消融半径，同时获取达到该消融半径时的消融功率以及消融时间；获取多组温度超过第一预设温度的消融半径以及相应的达到该消融半径时消融功率以及消融时间；
拟合模块，用于根据所述多组温度超过第一预设温度的消融半径以及相应的达到该消融半径时消融功率以及消融时间拟合出消融半径与消融功率以及消融时间的第一关系式；
确定模块，用于根据所述第一关系式获得达到目标消融半径的消融功率以及消融时间参数。
需要说明的是上述消融调节控制系统的详细实现原理以及进一步的改进措施都与前述的消融调节控制方法相同，本实施例中不再进行详细描述，本领域技术人员可以根据现有技术消融调节控制方法在消融调节控制系统中进行具体实现。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
本发明未特别明确的部分模块结构，以现有技术记载的内容为准。本发明在前述背景技术部分以及具体实施例部分提及的现有技术可作为本发明的一部分，用于理解部分技术特征或者参数的含义。本发明的保护范围以权利要求实际记载的内容为准。

Claims (10)

1.一种消融调节控制方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
步骤S01、实时获取消融手术过程中的超声图像；
步骤S02、获取所述超声图像中温度超过第一预设温度的消融半径，同时获取达到该消融半径时的消融功率以及消融时间；
步骤S03、获取多组温度超过第一预设温度的消融半径以及相应的达到该消融半径时消融功率以及消融时间；
步骤S04、根据所述多组温度超过第一预设温度的消融半径以及相应的达到该消融半径时消融功率以及消融时间拟合出消融半径与消融功率以及消融时间的第一关系式；
步骤S05、根据所述第一关系式获得达到目标消融半径的消融功率以及消融时间参数。
2.根据权利要求1所述的消融调节控制方法，其特征在于：通过人工或自动化的方式获取所述超声图像中温度超过第一预设温度的消融半径。
3.根据权利要求2所述的消融调节控制方法，其特征在于：所述自动化的方式获取所述超声图像中温度超过第一预设温度的消融半径包括：通过图像识别算法识别所述超声图像中病灶处温度阴影深度达到预设值的范围，则该范围的半径为所述消融半径。
4.根据权利要求1所述的消融调节控制方法，其特征在于所述根据所述多组温度超过第一预设温度的消融半径以及相应的达到该消融半径时消融功率以及消融时间拟合出消融半径与消融功率以及消融时间的第一关系式包括：
消融针输入的能量为
其中为消融针热效率，为消融针功率，为消融时间
当消融针功率各阶段的功率不同时输入的能量为
其中为每阶段的功率，为每一阶段的时间；
对于半径为的消融半径，其吸收的热量为
其中为消融位置的比热，为消融位置升高的温度
对于半径为的消融半径，其放出的热量为
其中为散热系数，为中心温度与半径R处的温度差；
因此根据能量守恒原理可知
其中为消融半径为R的病灶的吸热比例
的值近似不变，近似不变，近似不变，则有
其中为待定系数；
根据多组的消融半径R以及相应的消融针功率，消融时间，在坐标系中画出一系列的点，通过曲线拟合得到的值，得到消融半径与消融功率以及消融时间的第一关系式。
5.根据权利要求1所述的消融调节控制方法，其特征在于根据所述第一关系式获得达到目标消融半径的消融功率以及消融时间参数包括：根据所述一关系式获取达到目标消融半径所需要的总能量，根据已输入的能量获取还需要输入的能量，根据还需要输入的能量获取还需要进行消融的时间及功率。
6.一种消融调节控制系统，其特征在于所述系统包括如下模块：
获取模块，用于实时获取消融手术过程中的超声图像；
第一计算模块用于，获取所述超声图像中温度超过第一预设温度的消融半径，同时获取达到该消融半径时的消融功率以及消融时间；获取多组温度超过第一预设温度的消融半径以及相应的达到该消融半径时消融功率以及消融时间；
拟合模块，用于根据所述多组温度超过第一预设温度的消融半径以及相应的达到该消融半径时消融功率以及消融时间拟合出消融半径与消融功率以及消融时间的第一关系式；
确定模块，用于根据所述第一关系式获得达到目标消融半径的消融功率以及消融时间参数。
7.根据权利要求6所述的消融调节控制系统，其特征在于：通过人工或自动化的方式获取所述超声图像中温度超过第一预设温度的消融半径。
8.根据权利要求7所述的消融调节控制系统，其特征在于所述自动化的方式获取所述超声图像中温度超过第一预设温度的消融半径包括：通过图像识别算法识别所述超声图像中病灶处温度阴影深度达到预设值的范围，则该范围的半径为所述消融半径。
9.根据权利要求6所述的消融调节控制系统，其特征在于所述根据所述多组温度超过第一预设温度的消融半径以及相应的达到该消融半径时消融功率以及消融时间拟合出消融半径与消融功率以及消融时间的第一关系式包括：
消融针输入的能量为
其中为消融针热效率，为消融针功率，为消融时间
当消融针功率各阶段的功率不同时输入的能量为
其中为每阶段的功率，为每一阶段的时间；
对于半径为的消融半径，其吸收的热量为
其中为消融位置的比热，为消融位置升高的温度
对于半径为的消融半径，其放出的热量为
其中为散热系数，为中心温度与半径R处的温度差；
因此根据能量守恒原理可知
其中为消融半径为R的病灶的吸热比例
的值近似不变，近似不变，近似不变，则有
其中为待定系数；
根据多组的消融半径R以及相应的消融针功率，消融时间，在坐标系中画出一系列的点，通过曲线拟合得到的值，得到消融半径与消融功率以及消融时间的第一关系式。
10.根据权利要求6所述的消融调节控制系统，其特征在于根据所述第一关系式获得达到目标消融半径的消融功率以及消融时间参数包括：根据所述一关系式获取达到目标消融半径所需要的总能量，根据已输入的能量获取还需要输入的能量，根据还需要输入的能量获取还需要进行消融的时间及功率。
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