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CN117883179B - 一种高频电穿孔脉冲消融装置及其图像引导方法 - Google Patents

一种高频电穿孔脉冲消融装置及其图像引导方法 Download PDF

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Abstract

本发明的实施例公开了一种高频电穿孔脉冲消融装置及其图像引导方法。高频电穿孔脉冲消融装置包括图像获取模块，投影模块，控制模块，脉冲产生模块和电极针。图像引导方法包括：通过CT获取患者的目标病灶三维图像和目标病灶附近的不可穿刺器官三维图像；根据所述目标病灶三维图像和所述目标病灶附近的不可穿刺器官三维图像获得投影图像，所述投影图像包括目标病灶轮廓以及不可穿刺器官轮廓；根据所述投影图像确定所述电极针的穿刺位置；向电极针输出电穿孔脉冲序列；向所述目标病灶输出电穿孔脉冲。本发明能够精确控制电极针电消融的范围，提高现有高频不可逆电穿孔脉冲消融治疗系统的易用性。

Description

一种高频电穿孔脉冲消融装置及其图像引导方法
技术领域
本发明涉及消融装置技术领域，特别涉及一种高频电穿孔脉冲消融装置及其图像引导方法。
背景技术
在临床组织移除术中，消融是一种重要的局部组织移除方式，与传统的手术切除不同，它利用物理或化学方法在原位实现对局部目标组织的杀死，无需将目标组织完全切离体外。其中，不可逆电穿孔（IRE）是近年来出现的一种新型物理消融方法。IRE利用高压脉冲（数百或上千伏/厘米）穿透细胞膜，引发细胞凋亡，从而实现对目标生物组织的消融。
在某些高频不可逆电穿孔脉冲消融系统中，通过将电极针插入目标区域，电极针上布置有间隔的电极。这些电极会进行相互放电，使得电极针周围形成近似圆柱形的消融区域。对于较大的目标区域，需要使用多个电极针同时进行治疗。
目前的高频不可逆电穿孔脉冲消融手术主要依赖于成像技术，如计算机断层扫描（CT），首先获取目标病灶的三维模型。医生会根据病灶的大小、形状以及电极针的消融范围来确定需要使用多少根电极针以及每根电极针的插入位置。同时，周围可能存在血管和重要组织等不可穿刺的区域，医生需要避免这些区域。因此，目前的高频不可逆电穿孔脉冲消融治疗系统对医生的经验要求较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高频电穿孔脉冲消融装置及高频电穿孔脉冲消融装置及其图像引导方法，用于解决上述至少一个技术问题，其能够精确控制电极针电消融的范围，提高现有高频不可逆电穿孔脉冲消融治疗系统的易用性。
本发明的实施例是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种高频电穿孔脉冲消融装置，其中，包括：
图像获取模块，用于通过CT获取患者的目标病灶三维图像和目标病灶附近的不可穿刺器官三维图像；
投影模块，用于根据所述目标病灶三维图像和所述目标病灶附近的不可穿刺器官三维图像获得投影图像；
控制模块，用于根据所述投影图像确定所述电极针的穿刺位置；
脉冲产生模块，用于在所述控制模块的控制下，向电极针输出电穿孔脉冲序列；
电极针，所述电极针伸入目标病灶，向所述目标病灶输出电穿孔脉冲。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，
所述电极针至少向所述目标病灶输出一束电穿孔脉冲；
每束所述电穿孔脉冲的频率在800～55000Hz；
每束所述电穿孔脉冲的宽度在0～30μs；
每束所述电穿孔脉冲的电压在0～1500V。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述控制模块包括：
第一计算单元，用于获取并连接所述目标病灶轮廓中相距最远的两个点，形成第一条连线；
第二计算单元，用于以所述第一条连线的第一端点作为圆心，并以消融针的最大消融半径作为圆的半径；
第三计算单元，用于从所述圆心沿着第一条连线方向移动，直至所述第一端点与所述圆的最小距离不超过第一阈值，或者所述圆心与最接近的所述不可穿刺器官轮廓的距离不超过第二阈值；
第四计算单元，用于将被圆覆盖的区域从所述目标病灶轮廓中去除；
重复单元，用于重复上述穿刺位置的确定步骤，直至所述目标病灶轮廓完全被圆覆盖；
确定单元，用于根据所有圆的圆心确定消融针的穿刺位置。
第二方面，本发明实施例还提供了一种应用高频电穿孔脉冲消融装置的图像引导方法，所述高频电穿孔脉冲消融装置为如前所述的高频电穿孔脉冲消融装置，其中，包括：
通过CT获取患者的目标病灶三维图像和目标病灶附近的不可穿刺器官三维图像；
根据所述目标病灶三维图像和所述目标病灶附近的不可穿刺器官三维图像获得投影图像，所述投影图像包括目标病灶轮廓以及不可穿刺器官轮廓；
根据所述投影图像确定所述电极针的穿刺位置，具体包括：
获取并连接所述目标病灶轮廓中相距最远的两个点，形成第一条连线；
以所述第一条连线的第一端点作为圆心，并以消融针的最大消融半径作为圆的半径；
从所述圆心沿着第一条连线方向移动，直至所述第一端点与所述圆的最小距离不超过第一阈值，或者所述圆心与最接近的所述不可穿刺器官轮廓的距离不超过第二阈值；
将被圆覆盖的区域从所述目标病灶轮廓中去除；
重复上述穿刺位置的确定步骤，直至所述目标病灶轮廓完全被圆覆盖；
根据所有圆的圆心确定消融针的穿刺位置；
向电极针输出电穿孔脉冲序列；
向所述目标病灶输出电穿孔脉冲。
其中，通过对目标病灶三维图像和不可穿刺器官三维图像进行预处理，预处理模型包括三维图像的暗通道优先处理策略和区域光照成像模型。
本发明通过建立三维图像的暗通道优先处理策略和区域光照成像模型对三维图像进行预处理，经过预处理后的三维图像可以有效的去除噪声干扰，保证图像的清晰度，从而为后续步骤的处理提供高质量的图像，所提出的三维图像处理模型是基于现有的理论方法，操作简单，便于理解，可与本发明所提出的方法与系统一并实施。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，
采用凸包或KD树算法确定两个相距最远的点。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，
所述第一阈值大于最大消融半径与最小消融半径之差。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，
当所述圆心距离最近的所述不可穿刺器官轮廓的距离不超过第二阈值时，继续移动所述圆心，直到所述第一端点与所述圆的最小距离不超过第一阈值或者所述圆心距离最近的所述不可穿刺器官轮廓不超过第二阈值。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，所述根据所述目标病灶三维图像和所述目标病灶附近的不可穿刺器官三维图像获得投影图像，包括：
将所述目标病灶三维图像和所述不可穿刺器官三维图像投影于第一平面，获得投影图像，所述投影图像包括目标病灶轮廓以及不可穿刺器官轮廓，其中所述第一平面平行于所述操作平台，所述投影的方向垂直于所述操作平台。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第五种可能的实施方式，其中，所述根据所有圆的圆心确定消融针穿刺位置，包括：
从高于所述第一平面的位置，垂直于所述第一平面向所述第一平面上的各圆心发射可见光线，所述可见光线在所述患者身体表面产生的光点为消融针穿刺位置。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第六种可能的实施方式，其中，
当所述电极针从所述目标病灶处移除时，停止向所述电极针输出电穿孔脉冲序列。
本发明实施例的有益效果是：
本发明通过使用CT扫描获取患者的目标病灶三维图像和目标病灶附近的不可穿刺器官三维图像，并利用投影模块获得投影图像，包括目标病灶轮廓和不可穿刺器官轮廓。控制模块根据投影图像确定电极针的穿刺位置，并通过脉冲产生模块向电极针输出电穿孔脉冲序列，使电极针能够准确地穿刺目标病灶并进行消融治疗。
本发明通过获取目标病灶和周围器官的三维图像以及投影图像，能够准确定位目标病灶和不可穿刺器官的位置，确保电极针的准确穿刺和消融治疗，提高治疗精度。本发明的高频电穿孔脉冲消融装置能够输出高频电穿孔脉冲序列，频率范围广泛，可根据具体情况调整，以实现更有效的消融治疗。本发明高频电穿孔脉冲消融装置的控制模块通过计算和移动操作，能够确定消融针的穿刺位置，并根据目标病灶轮廓完全被圆覆盖来确保治疗范围的完整覆盖。
本发明通过图像引导，实现了对消融治疗的精确定位，结合计算单元和重复单元的计算和操作，能够快速、准确地确定穿刺位置。通过图像引导和控制模块的设计，可以避开不可穿刺器官，降低穿刺风险，提高治疗的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明应用高频电穿孔脉冲消融装置的图像引导方法流程示意图；
图2为本发明应用高频电穿孔脉冲消融装置的图像引导方法中投影图像示意图；
图3为本发明应用高频电穿孔脉冲消融装置的图像引导方法中投影图像相距最远的两个点的连线示意图；
图4为本发明应用高频电穿孔脉冲消融装置的图像引导方法中以第一端点为圆心作圆的示意图；
图5为本发明应用高频电穿孔脉冲消融装置的图像引导方法中移动圆心的示意图；
图6为本发明应用高频电穿孔脉冲消融装置的图像引导方法中第一端点与圆的最小距离不大于第一阈值的示意图；
图7为本发明应用高频电穿孔脉冲消融装置的图像引导方法中圆心与最近的不可穿刺区域不大于第二阈值的示意图；
图8为本发明应用高频电穿孔脉冲消融装置的图像引导方法中继续移动圆心的示意图；
图9为本发明应用高频电穿孔脉冲消融装置的图像引导方法中去掉被圆覆盖的区域的示意图。
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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。
本发明的第一个实施例提供一种高频电穿孔脉冲消融装置，包括：图像获取模块，用于通过CT获取患者的目标病灶三维图像和目标病灶附近的不可穿刺器官三维图像；投影模块，用于根据所述目标病灶三维图像和所述目标病灶附近的不可穿刺器官三维图像获得投影图像；控制模块，用于根据所述投影图像确定所述电极针的穿刺位置；脉冲产生模块，用于在所述控制模块的控制下，向电极针输出电穿孔脉冲序列；电极针，所述电极针伸入目标病灶，向所述目标病灶输出电穿孔脉冲。
其中，所述电极针至少向所述目标病灶输出一束电穿孔脉冲；每束所述电穿孔脉冲的频率在800～55000Hz；每束所述电穿孔脉冲的宽度在0～30μs；每束所述电穿孔脉冲的电压在0～1500V。
其中，所述控制模块包括：第一计算单元，用于获取并连接所述目标病灶轮廓中相距最远的两个点，形成第一条连线；第二计算单元，用于以所述第一条连线的第一端点作为圆心，并以消融针的最大消融半径作为圆的半径；第三计算单元，用于从所述圆心沿着第一条连线方向移动，直至所述第一端点与所述圆的最小距离不超过第一阈值，或者所述圆心与最接近的所述不可穿刺器官轮廓的距离不超过第二阈值；第四计算单元，用于将被圆覆盖的区域从所述目标病灶轮廓中去除；重复单元，用于重复上述穿刺位置的确定步骤，直至所述目标病灶轮廓完全被圆覆盖；确定单元，用于根据所有圆的圆心确定消融针的穿刺位置。
请参照图1，本发明的第二个实施例提供一种应用高频电穿孔脉冲消融装置的图像引导方法，所述高频电穿孔脉冲消融装置为如前所述的高频电穿孔脉冲消融装置，包括：通过CT获取患者的目标病灶三维图像和目标病灶附近的不可穿刺器官三维图像；根据所述目标病灶三维图像和所述目标病灶附近的不可穿刺器官三维图像获得投影图像，所述投影图像包括目标病灶轮廓以及不可穿刺器官轮廓；根据所述投影图像确定所述电极针的穿刺位置，具体包括：获取并连接所述目标病灶轮廓中相距最远的两个点，形成第一条连线；以所述第一条连线的第一端点作为圆心，并以消融针的最大消融半径作为圆的半径；从所述圆心沿着第一条连线方向移动，直至所述第一端点与所述圆的最小距离不超过第一阈值，或者所述圆心与最接近的所述不可穿刺器官轮廓的距离不超过第二阈值；将被圆覆盖的区域从所述目标病灶轮廓中去除；重复上述穿刺位置的确定步骤，直至所述目标病灶轮廓完全被圆覆盖；根据所有圆的圆心确定消融针的穿刺位置；向电极针输出电穿孔脉冲序列；向所述目标病灶输出电穿孔脉冲。
其中，通过对目标病灶三维图像和不可穿刺器官三维图像进行预处理，预处理模型包括三维图像的暗通道优先处理策略和区域光照成像模型。
本发明通过建立三维图像的暗通道优先处理策略和区域光照成像模型对三维图像进行预处理，经过预处理后的三维图像可以有效的去除噪声干扰，保证图像的清晰度，从而为后续步骤的处理提供高质量的图像，所提出的三维图像处理模型是基于现有的理论方法，操作简单，便于理解，可与本发明所提出的方法与系统一并实施。
其中，采用凸包或KD树算法确定两个相距最远的点。
其中，所述第一阈值大于最大消融半径与最小消融半径之差。
其中，当所述圆心距离最近的所述不可穿刺器官轮廓的距离不超过第二阈值时，继续移动所述圆心，直到所述第一端点与所述圆的最小距离不超过第一阈值或者所述圆心距离最近的所述不可穿刺器官轮廓不超过第二阈值。
其中，所述根据所述目标病灶三维图像和所述目标病灶附近的不可穿刺器官三维图像获得投影图像，包括：将所述目标病灶三维图像和所述不可穿刺器官三维图像投影于第一平面，获得投影图像，所述投影图像包括目标病灶轮廓以及不可穿刺器官轮廓，其中所述第一平面平行于所述操作平台，所述投影的方向垂直于所述操作平台。
其中，所述根据所有圆的圆心确定消融针穿刺位置，包括：从高于所述第一平面的位置，垂直于所述第一平面向所述第一平面上的各圆心发射可见光线，所述可见光线在所述患者身体表面产生的光点为消融针穿刺位置。
其中，当所述电极针从所述目标病灶处移除时，停止向所述电极针输出电穿孔脉冲序列。
请参照图2至图9，本发明的第三个实施例提供一种应用高频电穿孔脉冲消融装置的图像引导方法。
首先，将患者固定于操作平台。
在进行消融手术时，需要通过CT等手段获取患者的目标病灶在真实三维空间的位置，因此需要患者保持固定。让患者平躺于操作平台，可通过束带等将患者固定于操作平台，一般来说，操作平台水平放置。操作平台可使用CT装置的现有平台，本实施例方法所涉及的其它装置可作为CT装置的附件，在进行后续的三维建模时，可均以操作平台为基准，以方便数据的处理。
通过CT获取患者的目标病灶三维图像。
目标病灶是将要进行高频不可逆电穿孔脉冲消融的病灶，如肝脏肿瘤等。在进行CT扫描之后需要进行三维建模，本实施例中关心建模后的三维图像，在进行实施时，可采用现有技术中的任意建模技术。通常CT扫描的范围为一个大范围，获取患者的目标病灶三维图像还需要进一步进行病灶的识别，可通过计算机程序进行自动实现，如对比正常人体模型，以自动识别出肿瘤位置。也可通过人工识别，如通过医生在人体三维模型中圈定出需要进行消融治疗的目标病灶，以得到目标病灶的三维图像，具体的圈定方法可以采用现有技术中的任意方案，本实施例不做具体的限定。
通过CT获取患者的目标病灶附近的不可穿刺器官三维图像。对目标病灶三维图像和不可穿刺器官三维图像建立模型进行预处理。
由于目标病灶附近可能出现不可穿刺的器官，如重骨骼、血管、重要人体组织等。目标病灶附近是指目标病灶周围的一定区域，例如可以是与目标病灶相距一定阈值距离的范围，可由系统操作者自行决定，目标病灶附近只是为了方便描述，周围区域大小的选择不影响后续的步骤。为了方便避开这些不可穿刺器官，在获得目标病灶三维图像的同时还需要获取相应的不可穿刺器官三维图像，具体的方法与目标病灶三维图像相同。在获得目标病灶三维图像和不可穿刺器官三维图像后，可得到一个被骨骼、血管、重要人体组织等包围的目标病灶三维空间图像。
通过对目标病灶三维图像和不可穿刺器官三维图像进行预处理，预处理模型包括三维图像的暗通道优先处理策略和区域光照成像模型。
建立三维图像的暗通道优先处理策略,表达式为：
其中，A(n)表示降低噪声信号后的三维图像，Db表示三维图像区域内的背景光强度，表示三维图像区域内光的透射率，表示透射率阈值；
所述建立区域光照成像模型，表达式为：
其中，b表示颜色属性，b属于红光、绿光、蓝光中的一种或组合形式，Bb(n)表示成像后图像中像素n处的光照强度，Cb(n)表示区域内物体的反射光照强度。
对于三维图像中任一像素点，定义图像中的暗通道,表达式为：
其中，Ec(n)表示表示图像中光照强度值较低的暗通道，X、Y、Z分别表示为红光、绿光、蓝光，m表示以像素点n为中心的邻域Ω(n)内的像素点，Eb(m)表示清晰的三维图像;
对图像取光强的最小值，表达式为：
其中，Bb(m)表示成像后三维图像中像素m处的光照强度，m表示以像素点n为中心的邻域Ω(n)内的像素点，Eb(m)表示清晰的图像，表示区域内所有物体对光透射率的总和，Db表示区域内的背景光强度。
本发明通过建立三维图像的暗通道优先处理策略和区域光照成像模型对三维图像进行预处理，经过预处理后的三维图像可以有效的去除噪声干扰，保证图像的清晰度，从而为后续步骤的处理提供高质量的图像，所提出的三维图像处理模型是基于现有的理论方法，操作简单，便于理解，可与本发明所提出的方法与系统一并实施。
将所述目标病灶三维图像和所述不可穿刺器官三维图像投影于第一平面获得投影图像，所述第一平面平行于所述操作平台，所述投影方向垂直于所述操作平台。
目标病灶三维图像和不可穿刺器官三维图像都是空间对象，而穿刺主要是通过患者的腹部刺入，其操作主要在一个与操作平台平行的平面上，因此将所述目标病灶三维图像和所述不可穿刺器官三维图像投影于第一平面获得投影图像，所述第一平面平行于所述操作平台，所述投影方向垂直于所述操作平台。第一平面是一个虚拟的平面，其基于前述步骤建立的三维模型的坐标系。所述投影图像包括目标病灶轮廓以及不可穿刺器官轮廓；如图2所示，其中外围的不规则形为目标病灶的投影，深色阴影为不可穿刺器官的投影。通过上述投影处理可以将三维图像转换成平面图像，医生只需要关注平面形状即可，在进行消融时要保证消融范围的范围包括所有的病灶，同时穿刺针不能刺入不可穿刺器官的投影。
进一步地，为了方便使用计算机程序自动地实现根据所述投影图像确定高频不可逆电穿孔脉冲消融针穿刺位置，本实施例进一步包括：
为了能够覆盖所有的需要穿刺的位置，如图3所示，首先获取所述目标病灶轮廓相距最远的两个点之间的第一连线，距离最远的两个点是整个图形中最难覆盖的两个点，因此本实施例首先对其中的一个点进行覆盖。求图形中的两个相距最远的点的点可以采用现有技术中的任意算法，进一步地，为了提高查找效率用于采用凸包算或KD树算法确定所述两个相距最远的点。另外，现有技术中还有多种可以使用计算机程序方便实现的算法，只要能够求得距离最远的两个点即可，本实施例不对具体算法进行限定。
如图4所示，以所述第一连线的第一端为圆心，以消融针最大消融半径作圆（圆心为穿刺针进行穿刺消融的插入点）。消融针在轴向方向分布多个电极，电极之间放出高频不可逆电穿孔脉冲后在人体组织中形成多个消融体，多个消融体组成近似柱体的结构（类似糖葫芦），从轴向来看消融体在平行于操作台的平面呈圆形，因此可以通过圆形的覆盖面来确定消融体是否能够覆盖病灶。如图4所示，以第一端为圆心作圆的覆盖面显然不是最优解，需要进一步优化。
为了使得消融体尽量大的覆盖病灶，如图5所示，将所述圆心从所述第一端向第一连线的第二端移动，由于消融半径一定，当圆心移动时，圆也随之移动。
由于消融体并不是完美的柱体，在部分位置无法达到最大的消融半径，因此需要留一定的冗余，另外，为了保证消融效果，消融的范围通常也应当略大于病灶；如图6所示，直到所述第一端与圆的最小距离不大于第一阈值时停止移动，则此时为消融体能够刚好覆盖第一端点的位置。第一阈值的取值可根据消融针的具体参数来确定，需要保证在最小的消融半径时依然能略大于病灶体中最外端的点，也就是第一阈值应当略大于最大消融半径与最小消融半径之差。
另外，在圆心的移动可过中可能会遇到不可穿刺的区域，并且为了防止误操作穿刺到不可穿刺的区域应该留有一定的冗余。如图7所示（图7中的消融半径大于图6中的消融半径），当所述圆心距离最近的不可穿刺器官轮廓不大于第二阈值时应该停止移动，此时的圆的覆盖区域为一个可选的消融区域。
进一步地，由于不可消融区域的形状不定，为了进一步优化，当不可穿刺器官轮廓不大于第二阈值继续移动直到第一端与圆的最小距离不大于第一阈值或者圆心距离最近的不可穿刺器官轮廓不大于第二阈值，此时的情况如图8所示，可以预知的是，上述的进一步操作可以多次重复执行，如果后续的步骤未找到更优的覆盖方法，则采用前一次满足条件的覆盖方法。
当确定出一个覆盖区域后，即可将被圆覆盖的区域从所述目标病灶轮廓中去除，如图9所示，对于去掉的区域后续可以不再考虑。重复上述穿刺位置确定步骤，也就是重新确定距离最远的两个点，并进行连线，将圆在连线上移动，直到找到下一个覆盖区域，不断地重复上述的步骤，直到所述的目标病灶轮廓都被圆覆盖。此时，不规则图像（病灶区域）上的所有圆的圆心即为消融针穿刺位置。
进一步地，由于投影是垂直于操作台面的，通过上述方式得到的消融针穿刺位置也是垂直于操作台面的，可以从高于所述第一平面的位置，垂直于所述第一平面向所述第一平面上的各圆心发射可见光线，所述可见光线在所述患者身体表面产生的光点为消融针穿刺位置。
本发明通过上述技术方案，在得到病灶和不可穿刺器官的三维模型之后，将三维模型投影于平行于操作台的平面，并在平面上确定出可以穿刺的最优点以及最优的穿刺针数量，协助医生进行手术方案的拟定，提高现有高频不可逆电穿孔脉冲消融治疗系统的易用性。
本发明还通过建立三维图像的暗通道优先处理策略和区域光照成像模型对三维图像进行预处理，经过预处理后的三维图像可以有效的去除噪声干扰，保证图像的清晰度，从而为后续步骤的处理提供高质量的图像，所提出的三维图像处理模型是基于现有的理论方法，使得整体方案操作更加便捷。
本发明实施例所提供的高频电穿孔脉冲消融方法及装置的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
具体地，该存储介质能够为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述高频电穿孔脉冲消融方法，从而能够精确控制电极针电消融的范围，提高现有高频不可逆电穿孔脉冲消融治疗系统的易用性。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种高频电穿孔脉冲消融装置，其特征在于，包括：
图像获取模块，用于通过CT获取患者的目标病灶三维图像和目标病灶附近的不可穿刺器官三维图像；
投影模块，用于根据所述目标病灶三维图像和所述目标病灶附近的不可穿刺器官三维图像获得投影图像；
控制模块，用于根据所述投影图像确定电极针的穿刺位置；
脉冲产生模块，用于在所述控制模块的控制下，向电极针输出电穿孔脉冲序列；
电极针，所述电极针伸入目标病灶，向所述目标病灶输出电穿孔脉冲；
所述电极针至少向所述目标病灶输出一束电穿孔脉冲；
每束所述电穿孔脉冲的频率在800～55000Hz；
每束所述电穿孔脉冲的宽度在0～30μs；
每束所述电穿孔脉冲的电压在0～1500V；
所述控制模块包括：
第一计算单元，用于获取并连接所述目标病灶轮廓中相距最远的两个点，形成第一条连线；
第二计算单元，用于以所述第一条连线的第一端点作为圆心，并以消融针的最大消融半径作为圆的半径；
第三计算单元，用于从所述圆心沿着第一条连线方向移动，直至所述第一端点与所述圆的最小距离不超过第一阈值，或者所述圆心与最接近的所述不可穿刺器官轮廓的距离不超过第二阈值；
第四计算单元，用于将被圆覆盖的区域从所述目标病灶轮廓中去除；
重复单元，用于重复上述穿刺位置的确定步骤，直至所述目标病灶轮廓完全被圆覆盖；
确定单元，用于根据所有圆的圆心确定消融针的穿刺位置。
2.一种应用高频电穿孔脉冲消融装置的图像引导方法，所述高频电穿孔脉冲消融装置为如权利要求1所述的高频电穿孔脉冲消融装置，其特征在于，包括：
通过CT获取患者的目标病灶三维图像和目标病灶附近的不可穿刺器官三维图像；
根据所述目标病灶三维图像和所述目标病灶附近的不可穿刺器官三维图像获得投影图像，所述投影图像包括目标病灶轮廓以及不可穿刺器官轮廓；
根据所述投影图像确定电极针的穿刺位置，具体包括：
获取并连接所述目标病灶轮廓中相距最远的两个点，形成第一条连线；
以所述第一条连线的第一端点作为圆心，并以消融针的最大消融半径作为圆的半径；
从所述圆心沿着第一条连线方向移动，直至所述第一端点与所述圆的最小距离不超过第一阈值，或者所述圆心与最接近的所述不可穿刺器官轮廓的距离不超过第二阈值；
将被圆覆盖的区域从所述目标病灶轮廓中去除；
重复上述穿刺位置的确定步骤，直至所述目标病灶轮廓完全被圆覆盖；
根据所有圆的圆心确定消融针的穿刺位置；
向电极针输出电穿孔脉冲序列；
向所述目标病灶输出电穿孔脉冲。
3.根据权利要求2所述的应用高频电穿孔脉冲消融装置的图像引导方法，其特征在于，
采用凸包或KD树算法确定两个相距最远的点。
4.根据权利要求2所述的应用高频电穿孔脉冲消融装置的图像引导方法，其特征在于，
所述第一阈值大于最大消融半径与最小消融半径之差。
5.根据权利要求2所述的应用高频电穿孔脉冲消融装置的图像引导方法，其特征在于，
当所述圆心距离最近的所述不可穿刺器官轮廓的距离不超过第二阈值时，继续移动所述圆心，直到所述第一端点与所述圆的最小距离不超过第一阈值或者所述圆心距离最近的所述不可穿刺器官轮廓不超过第二阈值。
6.根据权利要求2所述的应用高频电穿孔脉冲消融装置的图像引导方法，其特征在于，所述根据所述目标病灶三维图像和所述目标病灶附近的不可穿刺器官三维图像获得投影图像，包括：
将所述目标病灶三维图像和所述不可穿刺器官三维图像投影于第一平面，获得投影图像，所述投影图像包括目标病灶轮廓以及不可穿刺器官轮廓，其中所述第一平面平行于操作平台，所述投影的方向垂直于所述操作平台。
7.根据权利要求6所述的应用高频电穿孔脉冲消融装置的图像引导方法，其特征在于，所述根据所有圆的圆心确定消融针穿刺位置，包括：
从高于所述第一平面的位置，垂直于所述第一平面向所述第一平面上的各圆心发射可见光线，所述可见光线在所述患者身体表面产生的光点为消融针穿刺位置。
8.根据权利要求2所述的应用高频电穿孔脉冲消融装置的图像引导方法，其特征在于，还包括：
当所述电极针从所述目标病灶处移除时，停止向所述电极针输出电穿孔脉冲序列。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115530973A (zh) * 2022-10-20 2022-12-30 天津市鹰泰利安康医疗科技有限责任公司 一种消融可视化方法及系统

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1463437B1 (en) * 2000-07-31 2012-01-04 Galil Medical Ltd. Facilitation system for cryosurgery
US20060264752A1 (en) * 2005-04-27 2006-11-23 The Regents Of The University Of California Electroporation controlled with real time imaging
RU2581714C2 (ru) * 2009-12-08 2016-04-20 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Планирование абляционного лечения и устройство
US20140073907A1 (en) * 2012-09-12 2014-03-13 Convergent Life Sciences, Inc. System and method for image guided medical procedures
WO2017214172A1 (en) * 2016-06-06 2017-12-14 Edda Technology, Inc. Method and system for interactive laparoscopic ultrasound guided ablation planning and surgical procedure simulation
CN106539624B (zh) * 2016-11-23 2019-12-03 常州朗合医疗器械有限公司 医疗路径导航方法、规划方法及系统
CN109389669A (zh) * 2017-08-04 2019-02-26 阿里健康信息技术有限公司 虚拟环境中人体三维模型构建方法及系统
CN110537960A (zh) * 2018-05-29 2019-12-06 上海联影医疗科技有限公司 穿刺路径的确定方法、存储设备及机器人辅助手术系统
CN111297448B (zh) * 2020-02-24 2021-06-01 东软医疗系统股份有限公司 穿刺定位方法、装置及系统
WO2022027251A1 (zh) * 2020-08-04 2022-02-10 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 三维显示方法和超声成像系统
CN113516624A (zh) * 2021-04-28 2021-10-19 武汉联影智融医疗科技有限公司 穿刺禁区的确定、路径规划方法、手术系统和计算机设备
CN113662594B (zh) * 2021-09-10 2024-04-23 上海联影医疗科技股份有限公司 乳腺穿刺定位/活检方法、装置、计算机设备和存储介质
CN114052886B (zh) * 2022-01-17 2023-02-07 北京微刀医疗科技有限公司 自适应消融装置的控制方法
CN115486935B (zh) * 2022-11-02 2023-06-13 天津市鹰泰利安康医疗科技有限责任公司 一种消融确定方法及系统

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115530973A (zh) * 2022-10-20 2022-12-30 天津市鹰泰利安康医疗科技有限责任公司 一种消融可视化方法及系统

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