CN117243689A - 一种防止组织碳化的微波消融系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微波消融技术领域，具体涉及一种防止组织碳化的微波消融系统，包括数据采集模块、匹配模块、监控模块、判定模块、校验模块以及自适应调控模块。该发明能够有效减少组织碳化，有效避免拔针过程中碳化组织对周边组织的挤压和撕脱会导致出血，并且还能避免拔针困难而对病人造成二次伤害的现象发生，该消融系统不但可以术前规划，将最佳的治疗能量组展示给用户，为用户在选择消融功率和消融时间时提供有效的参考，同时可以在术中监控消融区域的温度并适时调节微波消融仪功率，调节冷却温度，调节冷却压力，避免消融过度碳化，有效提高微波消融手术的精准治疗。
Description
技术领域
本发明属于微波消融技术领域，具体涉及一种防止组织碳化的微波消融系统。
背景技术
随着现代科技与肿瘤学的进步，近十年来，国内微波肿瘤消融技术取得了突破性的发展。微波肿瘤消融利用微波能作用组织快速产生热效应，在较短的时间内，其热场中心温度可达300℃以上，肿瘤组织在瞬间高温下被凝固、灭活，达到肿瘤消融治疗的目的。
现有的微波消融针，针头无冷却，针头辐射处在几秒内温度就会升到300℃以上，针头辐射处出现高度干燥的碳化组织，这些碳化的成分会阻碍天线的热传导，从而限制凝固区的区域，此外，碳化组织会与针头粘接，拔针过程中碳化组织对周边组织的挤压和撕脱会导致出血，并且拔针困难，碳化成分也无法被免疫系统吸收，长期会引起和全身炎症反应以及高烧等副作用，基于此，本方案提出了一种能够防止组织碳化的微波消融解决系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种防止组织碳化的微波消融系统，能够防止肿瘤组织碳化，保证消融过程中热传导的稳定性。
本发明采取的技术方案具体如下：
一种防止组织碳化的微波消融系统，包括数据采集模块、匹配模块、监控模块、判定模块、校验模块以及自适应调控模块；
所述数据采集模块用于采集待消融组织信息，其中，所述待消融组织信息包括肿瘤位置信息以及肿瘤体积信息；
所述匹配模块用于从参考数据库中调用与待消融组织信息相似的参考信息，并根据所述参考信息匹配待消融组织所需的消融能量；
所述监控模块用于构建监控时段，并实时获取所述监控时段内的消融信息，其中，所述消融信息包括消融温度、消融时间、冷却系统压力、冷却介质温度以及消融功率；
所述判定模块用于实时获取消融温度，且将其标定为待评估参数，再将所述待评估参数与基准温度进行比较；
若所述待评估参数大于或等于基准温度，则判定所述消融温度异常，并将其标定为异常参数，且同步发出报警信号；
若所述待评估参数小于基准温度，则判定所述消融温度正常，并继续获取下一节点下的消融温度；
所述校验模块用于构建校验时段，并实时获取校验时段内的消融温度，且将其标定为待校验参数，并将所述待校验参数上传至判定模块；
所述自适应调控模块用于根据异常参数实时调控消融功率、冷却系统压力、冷却介质温度，使消融能量被调整到规划值。
在一种优选方案中，所述待消融组织信息被采集时，基于三维全量化重建技术平台构建待消融组织以及其依附器官的三维重建图像。
在一种优选方案中，所述参考数据库的构建时，采集多个被切除的实体样本，并对所述实体样本执行清洁；
获取所述实体样本的重量参数以及体积参数；
将所述重量参数以及体积参数输入至规划模型中，得到重量参数与体积参数的关联函数；
测量单位质量下实体样本的蛋白质含量，并输入至热量测算函数中，得到消融能量、蛋白质含量以及消融时间之间的对应关系。
在一种优选方案中，所述规划模型内设置有规划函数，所述规划函数用于测算重量参数与体积参数的比值，并将该比值中的商标定为第一待核准系数，将该比值中的余数标定为第二待核准系数；
测算所有所述第一待核准系数的出现频次，并将其标定为待筛选参数；
获取筛选阈值，并将所述筛选阈值与待筛选参数进行比较，且将大于所述筛选阈值的待筛选参数对应的第一待核准系数标定为第一基准参数；
测算与所述基准参数对应的第二待核准系数的出现频次，并将出现频次最高的第二待核准系数标定为第二基准参数；
匹配与所述第二基准参数对应的第一基准参数，再与所述重量参数以及体积参数一同拟合为关联函数。
在一种优选方案中，确定所述基准温度时，采集与所述待消融组织同类别实体样本的蛋白质变性、细胞凝固坏死、细胞内水分蒸发以及细胞碳化的温度区间；
测试微波消融针组织碳化温度曲线，得到细胞碳化条件下的针头温度参数；
对所述针头温度参数进行偏移处理，并重新执行测试，直至与所述待消融组织同类别实体样本未碳化后停止，并将其对应的针头温度参数标定为基准温度。
在一种优选方案中，所述微波消融针上设置有多个温度传感器；
其中，对所述待消融组织执行消融时，任一所述温度传感器检测到消融温度达到基准温度，均会发出报警信号，并向所述自适应调控模块发送冷却指令。
在一种优选方案中，所述校验时段构建时，以异常参数的发生节点为起始节点进行偏移，并在所述校验时段内设置多个校验节点，相邻所述校验节点的时间间隔为温度传感器的响应间隔，且在所述校验节点下存在任一温度传感器检测的温度达到温度阈值时，立即向所述自适应调控模块发送冷却指令。
在一种优选方案中，所述自适应调控模块包括冷却单元，所述冷却单元用于为微波消融针进行降温，且所述冷却单元执行时，向所述微波消融针内注入的冷却介质温度降低5℃，而当冷却单元接收校验模块发送的冷却指令时，会再次将冷却介质的温度降低5℃。
在一种优选方案中，所述冷却单元的初始冷却温度为20℃，冷却压力为0.4MPa。
本发明还提供了，一种防止组织碳化的微波消融装置，包括：
至少一个处理器；
以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；
其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的防止组织碳化的微波消融系统。
本发明取得的技术效果为：
本发明能够有效减少组织碳化，有效避免拔针过程中碳化组织对周边组织的挤压和撕脱会导致出血，并且还能避免拔针困难而对病人造成二次伤害的现象发生，该消融系统不但可以术前规划，将最佳的治疗能量组展示给用户，为用户在选择消融功率和消融时间时提供有效的参考，同时可以在术中监控消融区域的温度并适时调节微波消融仪功率，调节冷却温度，调节冷却压力，避免消融过度碳化，有效提高微波消融手术的精准治疗。
附图说明
图1是本发明所提供的系统模块图；
图2是本发明所提供的系统执行图；
图3是本发明所提供的预实验结果曲线图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个较佳的实施方式中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
请参阅图1和图2所示，本发明提供了一种防止组织碳化的微波消融系统，包括数据采集模块、匹配模块、监控模块、判定模块、校验模块以及自适应调控模块；
数据采集模块用于采集待消融组织信息，其中，待消融组织信息包括肿瘤位置信息以及肿瘤体积信息；
匹配模块用于从参考数据库中调用与待消融组织信息相似的参考信息，并根据参考信息匹配待消融组织所需的消融能量；
监控模块用于构建监控时段，并实时获取监控时段内的消融信息，其中，消融信息包括消融温度、消融时间、冷却系统压力、冷却介质温度以及消融功率；
判定模块用于实时获取消融温度，且将其标定为待评估参数，再将待评估参数与基准温度进行比较；
若待评估参数大于或等于基准温度，则判定消融温度异常，并将其标定为异常参数，且同步发出报警信号；
若待评估参数小于基准温度，则判定消融温度正常，并继续获取下一节点下的消融温度；
校验模块用于构建校验时段，并实时获取校验时段内的消融温度，且将其标定为待校验参数，并将待校验参数上传至判定模块；
自适应调控模块用于根据异常参数实时调控消融功率、冷却系统压力、冷却介质温度，使消融能量被调整到规划值。
具体的，随着现代科技与肿瘤学的进步，近十年来，国内微波肿瘤消融技术取得了突破性的发展。微波肿瘤消融利用微波能作用组织快速产生热效应，在较短的时间内，其热场中心温度可达300℃以上，肿瘤组织在瞬间高温下被凝固、灭活，达到肿瘤消融治疗的目的，但温度过高同样会导致消融针辐射区域内的组织碳化，进而便可阻碍天线的热传导，影响肿瘤组织的消融效果，基于此，本实施例首先通过数据采集模块采集待消融组织信息，待消融组织为肿瘤组织，在待消融组织信息被采集时，基于三维全量化重建技术平台构建待消融组织以及其依附器官的三维重建图像，此为肿瘤治疗中惯用的医疗技术手段，非本方案技术要点，在此就不加以过多的赘述，而后通过匹配模块从参考数据库中调用与待消融组织信息相似的参考信息，并依据其确定肿瘤消融过程中所需的消融能量，而后便可执行消融作业，待消融组织的消融过程中，微波消融针的针头处会辐射微波能量，其辐射区域内的温度会逐渐升高，待消融组织便会逐渐坏死，为防止消融过程中出现碳化现象，故而对此消融温度需要进行实时监测，本实施例通过监控模块来进行监测，能够实时获取到消融过程中的消融温度、消融时间以及消融功率，之后通过判定模块来实时获取消融温度，本实施例将其标定为待评估参数，用于与基准温度进行比较，在其达到或者超出基准温度时，不仅会发出报警信号，还会将其标定为异常参数，并且还会立即向自适应调控模块发送冷却指令，以此实现对微波消融针的降温处理，避免因针头辐射区域温度过高而导致组织碳化的现象发生，在其执行降温处理的过程中，还会通过校验模块构建一个校验时段，在校验时段内若是消融温度再次达到或超出基准温度，会再次向自适应调控模块发送冷却指令，此时向微波消融针内注入的冷却介质温度会再次降低，同时也会增加冷却压力，使得冷却介质的循环速度增加，进而便可及时的降低消融温度，使得消融能量能够达到术前规划值，该规划值为从参考数据库中调用的参考信息。
在一个较佳的实施方式中，参考数据库的构建时，采集多个被切除的实体样本，并对实体样本执行清洁；
获取实体样本的重量参数以及体积参数；
将重量参数以及体积参数输入至规划模型中，得到重量参数与体积参数的关联函数；
测量单位质量下实体样本的蛋白质含量，并输入至热量测算函数中，得到消融能量、蛋白质含量以及消融时间之间的对应关系。
在该实施方式中，参考数据库在术前基于大量的离体肿瘤样本试验而得，本实施方式将其标定为实体样本，在获取到实体样本之后，首先需要对其进行清洗处理，避免其表面的血液或者无关组织对试验结果造成影响，实体样本清洗完成之后，会对其进行称重和测量，以此便可得到实体样本的重量参数和体积参数，之后通过规划模型来确定重量参数和体积参数之间的映射关系，以此得到关联函数，因为术中无法对肿瘤组织进行称重，但能够通过医学影像确定肿瘤组织的体积，故而基于关联函数能够确定术中肿瘤组织的重量，为匹配对应的消融能量提供相应的数据支持，之后测量单位质量下实体样本的蛋白质含量，并基于此确定蛋白质质量，利用热量测算函数确定造成肿瘤组织不可逆凝固坏死所需的热量，其中，测算函数的表达式为：Q＝C×m×ΔT＝Y×t，式中，Q表示肿瘤组织不可逆凝固坏死所需的热量，C表示蛋白质的比热容，m表示蛋白质质量，ΔT表示造成肿瘤组织不可逆凝固性坏死温度与初始温度的差值，Y表示微波消融功率，t表示消融时间，基于此，可以在参考数据库中设置多组消融能量、蛋白质含量以及消融时间之间的对应关系，在待消融组织的医学影像确定之后，可以根据其形状、位置以及体积从参考数据库中调用所需的各项参数，实现精确的术前规划，降低术中作业的风险。
在一个较佳的实施方式中，规划模型内设置有规划函数，规划函数用于测算重量参数与体积参数的比值，并将该比值中的商标定为第一待核准系数，将该比值中的余数标定为第二待核准系数；
测算所有第一待核准系数的出现频次，并将其标定为待筛选参数；
获取筛选阈值，并将筛选阈值与待筛选参数进行比较，且将大于筛选阈值的待筛选参数对应的第一待核准系数标定为第一基准参数；
测算与基准参数对应的第二待核准系数的出现频次，并将出现频次最高的第二待核准系数标定为第二基准参数；
匹配与第二基准参数对应的第一基准参数，再与重量参数以及体积参数一同拟合为关联函数。
在该实施方式中，在确定关联函数时，首先需要通过规划函数计算每个实体样本对应的重量参数与体积参数的比值，本实施方式将该比值的商确定为第一待核准系数，余数为第二待核准系数，其中，规划函数的表达式为：式中，M表示重量参数，V表示体积参数，k表示第一待核准系数，g表示第二待核准系数，而后将第一待核准系数的出现频次作为待筛选参数，并将其与筛选阈值进行比较，从而便可确定第一基准参数，对于第一基准参数唯一的情况而言，其对应的第二待核准系数会被直接确定为第二基准参数，而第一基准参数不唯一时，则会将出现频次最高的第二待核准系数标定为第二基准参数，再匹配与第二基准参数对应的第一基准参数，便可得到关联函数，其中，关联函数的表达式为：M＝aV+b，式中，a表示第一基准参数，b表示第二基准参数，且第一基准参数和第二基准参数的取值均为常数。
在一个较佳的实施方式中，确定基准温度时，采集与待消融组织同类别实体样本的蛋白质变性、细胞凝固坏死、细胞内水分蒸发以及细胞碳化的温度区间；
测试微波消融针组织碳化温度曲线，得到细胞碳化条件下的针头温度参数；
对针头温度参数进行偏移处理，并重新执行测试，直至与待消融组织同类别实体样本未碳化后停止，并将其对应的针头温度参数标定为基准温度。
在该实施方式中，在确定基准温度时，也是基于实体样本进行的，一般情况下，当温度达到49～70℃时，细胞出现蛋白变性，产生不可逆损伤，温度达到70～100℃时，细胞发生凝固坏死，温度达到100～180℃时，细胞内水分蒸发，温度大于180℃时，细胞碳化，而后对实体样本进行预实验，以此来测试传统微波消融针组织碳化温度曲线，测试过程中的消融功率为60w和80w，消融时间为8min，冷却系统设置温度20℃压力0.4MPa条件下，针头温度数据和最后离体状态，结合图3，从预实验结果看出，传统针在20s组织温度已达到150℃，70s时组织温度已达到200℃，已达到细胞碳化条件，8min最后消融结束后组织碳化严重，由于其温度上升过快，系统执行冷却需要一定的响应时间，以及冷却过程也需要一定的时间，经大量实验结果能够得出，消融温度为100℃进行报警最佳，故而便将100℃设置为本实施方式中的基准温度。
在一个较佳的实施方式中，微波消融针上设置有多个温度传感器；
其中，对待消融组织执行消融时，任一温度传感器检测到消融温度达到基准温度，均会发出报警信号，并向自适应调控模块发送冷却指令。
在该实施方式中，温度传感器的设置能够实时监测到微波消融针针头处的温度，在任一温度传感器检测到消融温度达到基准温度时，均可能存在组织碳化风险，故而便需要立即进行降温处理，即向自适应调控模块发送冷却指令，使其充入微波消融针内冷却介质的温度降低，同时冷却压力也相应的增加，加快冷却介质的流动，达到快速降温的目的。
在一个较佳的实施方式中，校验时段构建时，以异常参数的发生节点为起始节点进行偏移，并在校验时段内设置多个校验节点，相邻校验节点的时间间隔为温度传感器的响应间隔，且在校验节点下存在任一温度传感器检测的温度达到温度阈值时，立即向自适应调控模块发送冷却指令。
在该实施方式中，校验时段是在报警信号发出之后进行构建的，一般设置为8～10s，在该时间段内，若是任一温度传感器再次检测的温度达到温度阈值时，也会立即向自适应调控模块发送冷却指令，自适应调控模块会执行二次冷却处理。
在一个较佳的实施方式中，自适应调控模块包括冷却单元，冷却单元用于为微波消融针进行降温，冷却单元的初始冷却温度为20℃，冷却压力为0.4MPa，且冷却单元执行时，向微波消融针内注入的冷却介质温度降低5℃，同时冷却压力会增加0.1MPa，而当冷却单元接收校验模块发送的冷却指令时，会再次将冷却介质的温度降低5℃，冷却压力也会再次增加0.1MPa，使得消融温度能够得到快速下降，避免其导致组织碳化的现象发生。
本发明还提供了，一种防止组织碳化的微波消融装置，包括：
至少一个处理器；
以及与至少一个处理器通信连接的存储器；
其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，计算机程序被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述的防止组织碳化的微波消融系统。
本领域技术人员可以理解，本发明所述的微波消融装置可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以包括通用计算机中的已知设备。这些设备具有存储在其内的计算机程序或应用程序，这些计算机程序选择性地激活或重构。这样的计算机程序可以被存储在设备(例如，计算机)可读介质中或者存储在适于存储电子指令并分别耦联到总线的任何类型的介质中，所述计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random AccessMemory，随机存储器)、EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory，可擦写可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它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、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。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、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。
Claims (10)
1.一种防止组织碳化的微波消融系统，包括数据采集模块、匹配模块、监控模块、判定模块、校验模块以及自适应调控模块，其特征在于：
所述数据采集模块用于采集待消融组织信息，其中，所述待消融组织信息包括肿瘤位置信息以及肿瘤体积信息；
所述匹配模块用于从参考数据库中调用与待消融组织信息相似的参考信息，并根据所述参考信息匹配待消融组织所需的消融能量；
所述监控模块用于构建监控时段，并实时获取所述监控时段内的消融信息，其中，所述消融信息包括消融温度、消融时间、冷却系统压力、冷却介质温度以及消融功率；
所述判定模块用于实时获取消融温度，且将其标定为待评估参数，再将所述待评估参数与基准温度进行比较；
若所述待评估参数大于或等于基准温度，则判定所述消融温度异常，并将其标定为异常、参数，且同步发出报警信号；
若所述待评估参数小于基准温度，则判定所述消融温度正常，并继续获取下一节点下的消融温度；
所述校验模块用于构建校验时段，并实时获取校验时段内的消融温度，且将其标定为待校验参数，并将所述待校验参数上传至判定模块；
所述自适应调控模块用于根据异常参数实时调控消融功率、冷却系统压力、冷却介质温度，使消融能量被调整到规划值。
2.根据权利要求1所述的一种防止组织碳化的微波消融系统，其特征在于：所述待消融组织信息被采集时，基于三维全量化重建技术平台构建待消融组织以及其依附器官的三维重建图像。
3.根据权利要求1所述的一种防止组织碳化的微波消融系统，其特征在于：所述参考数据库的构建时，采集多个被切除的实体样本，并对所述实体样本执行清洁；
获取所述实体样本的重量参数以及体积参数；
将所述重量参数以及体积参数输入至规划模型中，得到重量参数与体积参数的关联函数；
测量单位质量下实体样本的蛋白质含量，并输入至热量测算函数中，得到消融能量、蛋白质含量以及消融时间之间的对应关系。
4.根据权利要求3所述的一种防止组织碳化的微波消融系统，其特征在于：所述规划模型内设置有规划函数，所述规划函数用于测算重量参数与体积参数的比值，并将该比值中的商标定为第一待核准系数，将该比值中的余数标定为第二待核准系数；
测算所有所述第一待核准系数的出现频次，并将其标定为待筛选参数；
获取筛选阈值，并将所述筛选阈值与待筛选参数进行比较，且将大于所述筛选阈值的待筛选参数对应的第一待核准系数标定为第一基准参数；
测算与所述基准参数对应的第二待核准系数的出现频次，并将出现频次最高的第二待核准系数标定为第二基准参数；
匹配与所述第二基准参数对应的第一基准参数，再与所述重量参数以及体积参数一同拟合为关联函数。
5.根据权利要求1所述的一种防止组织碳化的微波消融系统，其特征在于：确定所述基准温度时，采集与所述待消融组织同类别实体样本的蛋白质变性、细胞凝固坏死、细胞内水分蒸发以及细胞碳化的温度区间；
测试微波消融针组织碳化温度曲线，得到细胞碳化条件下的针头温度参数；
对所述针头温度参数进行偏移处理，并重新执行测试，直至与所述待消融组织同类别实体样本未碳化后停止，并将其对应的针头温度参数标定为基准温度。
6.根据权利要求5所述的一种防止组织碳化的微波消融系统，其特征在于：所述微波消融针上设置有多个温度传感器；
其中，对所述待消融组织执行消融时，任一所述温度传感器检测到消融温度达到基准温度，均会发出报警信号，并向所述自适应调控模块发送冷却指令。
7.根据权利要求6所述的一种防止组织碳化的微波消融系统，其特征在于：所述校验时段构建时，以异常参数的发生节点为起始节点进行偏移，并在所述校验时段内设置多个校验节点，相邻所述校验节点的时间间隔为温度传感器的响应间隔，且在所述校验节点下存在任一温度传感器检测的温度达到温度阈值时，立即向所述自适应调控模块发送冷却指令。
8.根据权利要求5所述的一种防止组织碳化的微波消融系统，其特征在于：所述自适应调控模块包括冷却单元，所述冷却单元用于为微波消融针进行降温，且所述冷却单元执行时，向所述微波消融针内注入的冷却介质温度降低5℃，而当冷却单元接收校验模块发送的冷却指令时，会再次将冷却介质的温度降低5℃。
9.根据权利要求8所述的一种防止组织碳化的微波消融系统，其特征在于：所述冷却单元的初始冷却温度为20℃，冷却压力为0.4MPa。
10.一种防止组织碳化的微波消融装置，其特征在于：包括：
至少一个处理器；
以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；
其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至9中任意一项所述的防止组织碳化的微波消融系统。
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