[发明专利]一种射频电极进针路径和消融位置的规划方法及装置

说明书

本发明提供一种射频电极进针路径和消融位置的规划方法及装置。所述方法包括：进针方向初始化步骤，进针路径规划步骤，消融位置规划步骤。本发明通过对肿瘤区域进行两次投影，将三维规划转化为两个二维规划，大大减少了计算复杂度和计算量；通过基于肿瘤长轴方向生成初始进针方向，可以快速规划进针路径，避免了全局搜索带来的时间损耗。本发明所述方法提高了射频电极进针路径和消融位置的规划速度，能够满足实际临床对规划效率的要求。实验表明，采用本发明所述方法的单次规划不超过3分钟。

技术领域

本发明属于医学影像技术领域，具体涉及一种肝肿瘤射频消融治疗中射频电极进针路径和消融位置的规划方法及装置。

背景技术

肝肿瘤是世界上最常见的恶性肿瘤之一，近年来发病率不断上升。根据肝肿瘤的进展情况，临床上可采用不同的治疗方法，其中肝肿瘤射频消融治疗是目前临床上应用非常广泛的一种微创治疗方法。

肝肿瘤射频消融治疗的主要过程和原理是：先通过CT图像等方式确定肿瘤病灶及其周围组织结构的位置；然后将射频电极插入到患者体内肿瘤位置，通过电极之间产生的高温对局部病灶进行消融，从而达到肝肿瘤的治疗。在治疗前，医生需要根据肿瘤位置及其周围器官、血管等的分布情况制定消融方案，即确定射频电极针的路径及具体消融位置。但是，消融方案的制定在临床上存在两个难点：(1)基于人工观察和分析，难以做到精准的计算和规划；(2)依赖医生临床经验，耗时费力。因此，需要将现代科技手段和传统医学方法相结合，探索肝肿瘤射频消融治疗方案的自动规划方法，以达成精准医疗的目的。一般来说，射频电极针造成的消融区域为椭球体，不同规格的射频电极针可以对不同大小的椭球体区域进行消融。每次进针，射频电极针需要从皮肤进针点插入患者体内，行进到预定的消融位置，从而对该位置附近的椭球体区域进行消融。因此，自动规划肝肿瘤射频消融治疗方案的目的就是根据患者肿瘤的实际情况(肿瘤位置、大小、形状等)，在给定条件(如限定射频电极针规格、限定皮肤进针点范围等)下，自动计算最佳进针路径及消融位置，即在对正常组织影响最小的情况下，实现对肝肿瘤的消融。

因此，肝肿瘤射频消融治疗方案的规划，可以视为一个复杂的区域覆盖问题，即在满足各种约束的情况下，用尽量少的消融区覆盖整个肿瘤区域。根据具体临床需求及肝肿瘤射频消融指南，肝肿瘤射频消融治疗方案自动规划问题可以总结如下：规划对象为直径小于等于5厘米的单发肿瘤，或肿瘤数目小于等于3，且最大直径小于等于3厘米的多发肿瘤。规划的主要目标是实现消融区对肿瘤区域的全覆盖。规划的次要目标是减少对正常组织损伤、减少进针次数、减少消融区数量、减少进针距离、减少规划时间。规划约束为消融区不能触碰重要解剖结构、进针路径不能触碰重要解剖结构、进针路径在到达肿瘤区域前需要经过正常肝脏组织一定距离、需要对肿瘤区域外扩指定安全距离以保证完全消融。其中，不可触及的重要解剖结构包括：心脏、脾、胃、肾、肾上腺、胆囊、胰、肺、结肠、脊柱、肋骨、肋软骨、主动脉、肝动脉、肝静脉。

目前，还没有人提出针对上述问题的解决方法，已有方法并没有根据临床要求，将上述目标及约束考虑完整。也就是说，现有方法仅在较少约束下进行简单规划，不能满足实际临床需求。其基本原理可简述如下：根据患者情况，罗列所有皮肤上的潜在进针点；罗列所有可能的消融位置(肿瘤内的所有点)。潜在进针点和消融位置两两连接，得到所有可能的进针路径。根据规划目标和约束，构建目标函数，通过遍历的方式寻找最优的一组路径。在每条路径上罗列所有可能的消融位置(该路径与肿瘤的所有重合点)。根据规划目标和约束，构建目标函数，通过遍历的方式寻找最优的一组消融位置。现有方法的主要缺点有：并未充分考虑临床需求，构建的目标及约束不完整，规划结果难以在临床应用。由于需要通过遍历方式进行求解，因此需要数十分钟到数小时时间进行规划，计算效率低，难以满足临床需求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种射频电极进针路径和消融位置的规划方法及装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

第一方面，本发明提供一种射频电极进针路径和消融位置的规划方法，包括以下步骤：