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单针双极脉冲电场适形消融方法及系统

摘要本申请涉及一种单针双极脉冲电场适形消融方法及系统,所述单针双极脉冲电场适形消融方法基于消融靶区的体积、消融靶区的三维空间位置、消融靶区的靶区中心以及每次布针的最大有效消融范围,设置布针操作的布针次数和布针属性,并结合布针操作的叠加有效消融范围和消融靶区的关系评估本次布针操作的覆盖质量,再判断本次布针操作的覆盖质量是否满足多种约束条件,本申请能够实现单针消融的目的,从而摆脱需要两针配对组合的限制,解决双针布针操作的问题,通过采用分次基础电场自适应叠加方法,对拟治疗大尺寸消融靶区进行适形覆盖,解决了大尺寸肿瘤单针脉冲电场消融治疗应用的问题。

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专利类型 发明专利
申请/专利号 CN202411206827.8
申请日期 2024-08-30
公开/公告号 CN118697447A
公开/公告日 2024-09-27
主分类号 A61B18/00(2006.01) A A61 A61B A61B18
分类号 A61B18/00(2006.01) G16H50/50(2018.01) A61B34/10(2016.01) A61B18/00 G16H50/50 A61B34/10
主申请人地址 311100 浙江省杭州市余杭区仓前街道余杭塘路2959号4幢8层
专利代理机构 杭州浙恒专利代理事务所(普通合伙)
代理人 朱佳明
国别省市代码 浙江;33
主权项:
1.一种单针双极脉冲电场适形消融方法,其特征在于,所述单针双极脉冲电场适形消融方法包括: 基于患者诊断影像,在患者诊断影像中划定一个消融靶区; 将所述消融靶区映射到三维空间直角坐标系中,计算所述消融靶区的体积和所述消融靶区的靶区中心的三维坐标; 基于可选的最大消融治疗参数,通过模拟仿真以获取每次布针的最大有效消融范围; 在消融靶区内进行一组布针操作,该组布针操作包括I次布针,每次布针的布针属性随机产生,直至I次布针操作在消融靶区产生的有效消融范围在叠加后完全覆盖消融靶区;所述布针属性包括每次布针的电极针中心点位置和每次布针的针体轴线方向; 基于本组I次布针相应消融治疗参数,通过模拟仿真以获取本组I次布针中每次布针形成的有效消融范围; 基于本组I次布针中每次布针形成的有效消融范围计算I次布针叠加后的有效消融范围,记为叠加有效消融范围; 基于本组I次布针中每次布针形成的有效消融范围、叠加有效消融范围、所述消融靶区的体积和所述消融靶区的靶区中心的三维坐标评估本组I次布针操作在消融靶区的覆盖质量,判断I次布针在消融靶区的覆盖质量是否同时满足叠加有效消融范围对靶区完全覆盖且与消融靶区之间的差异最小化和布针次数I最小化; 若I次布针在消融靶区的覆盖质量不同时满足叠加有效消融范围与消融靶区之间的差异最小化和布针次数I最小化,则对每次布针的布针属性进行优化,形成下一组布针方案,直至I次布针在消融靶区的覆盖质量同时满足叠加有效消融范围对靶区完全覆盖且与消融靶区之间的差异最小化和布针次数I最小化为止,输出最优布针方案的布针属性。 2.根据权利要求1所述的单针双极脉冲电场适形消融方法,其特征在于,当在消融靶区内进行I次布针,每次布针的布针属性随机产生,直至I次布针操作在消融靶区产生的有效消融范围对靶区完全覆盖且在叠加后完全覆盖消融靶区时,控制每次布针的针体轴线方向在预设角度范围内。 3.根据权利要求2所述的单针双极脉冲电场适形消融方法,其特征在于,所述在消融靶区内进行I次布针,每次布针的布针属性随机产生,直至I次布针操作在消融靶区产生的有效消融范围在叠加后完全覆盖消融靶区,包括: 根据公式1计算布针次数I的初始值; 公式1; 其中,I0是布针次数I的初始值,是消融靶区的体积,是单个电极针可达的最大有效消融范围,ceil是向上取整函数; 通过公式2和公式3计算每次布针的针体轴线方向; 公式2; 公式3; 其中,是第i次布针的针体轴线方向,i=1,2,…,I,的随机函数,用于生产介于0到1之间的随机数,是预设限定的可进行布针的角度范围的最小值,是预设限定的可进行布针的角度范围的最大值; 通过公式4和公式5计算每次布针的电极针中心点位置; 公式4; 公式5; 其中,是初始布针的电极针中心点位置,用于生成介于0到1之间的随机数,K是预设最大优化迭代次数,是优化迭代步长。 4.根据权利要求3所述的单针双极脉冲电场适形消融方法,其特征在于,所述基于本组I次布针中每次布针形成的有效消融范围、叠加有效消融范围、所述消融靶区的体积和所述消融靶区的靶区中心的三维坐标评估本组I次布针操作在消融靶区的覆盖质量,判断I次布针在消融靶区的覆盖质量是否同时满足叠加有效消融范围对靶区完全覆盖且与消融靶区之间的差异最小化和布针次数I最小化,包括: 计算本组多次布针下的覆盖质量目标参数系数;覆盖质量目标参数系数包括完整覆盖系数、重复覆盖系数、总超覆盖系数和每次布针超覆盖系数; 基于覆盖质量目标参数系数判断I次布针在消融靶区的覆盖质量是否同时满足叠加有效消融范围对靶区完全覆盖且与消融靶区之间的差异最小化和布针次数I最小化。 5.根据权利要求4所述的单针双极脉冲电场适形消融方法,其特征在于,所述计算本组多次布针下的覆盖质量目标参数系数;覆盖质量目标参数系数包括完整覆盖系数、重复覆盖系数、总超覆盖系数和每次布针超覆盖系数,包括: 通过公式6计算本组多次布针下的完整覆盖系数的值; 公式6; 其中,是完整覆盖系数的值,X是消融靶区中被叠加有效消融范围所覆盖的体素点个数,N是消融靶区内体素点的总数; 通过公式7计算重复覆盖系数的值; 公式7; 其中,是重复覆盖系数的值,Y是消融靶区中被所有单次布针产生的有效消融范围所重复覆盖的体素点累积数,N是消融靶区内体素点的总数; 通过公式8计算本组多次布针下的总超覆盖系数的值; 公式8; 其中,是总超覆盖系数的值,Z是叠加有效消融范围超出消融靶区的体素点个数,N是消融靶区内体素的总数; 通过公式9计算本组多次布针下中每次布针的超覆盖系数的值; 公式9; 其中,是每次布针的超覆盖系数,是i次布针产生的有效消融范围超出消融靶区的体素点个数,i=1,2,…,I ,是i次布针产生的有效消融范围内体素的总数。 6.根据权利要求5所述的单针双极脉冲电场适形消融方法,其特征在于,所述基于每次布针形成的有效消融范围、叠加有效消融范围、所述消融靶区的体积和所述消融靶区的靶区中心的三维坐标评估I次布针在消融靶区的覆盖质量,判断I次布针在消融靶区的覆盖质量是否同时满足叠加有效消融范围对靶区完全覆盖且与消融靶区之间的差异最小化和布针次数I最小化,还包括: 判断完整覆盖系数的值是否等于1; 若完整覆盖系数的值等于1,则进一步判断重复覆盖系数的值、总超覆盖系数的值和超覆盖系数的值是否满足公式; 若重复覆盖系数的值、总超覆盖系数的值和超覆盖系数的值满足公式,则确定I次布针在消融靶区的覆盖质量是否同时满足叠加有效消融范围对靶区完全覆盖且与消融靶区之间的差异最小化和布针次数I最小化。 7.根据权利要求6所述的单针双极脉冲电场适形消融方法,其特征在于,所述对每次布针的布针属性进行优化,形成下一组布针方案,直至I次布针在消融靶区的覆盖质量同时满足叠加有效消融范围对靶区完全覆盖且与消融靶区之间的差异最小化和布针次数I最小化为止,输出最优布针方案的布针属性,包括: 若完整覆盖系数的值不等于1,或重复覆盖系数的值、总超覆盖系数的值和超覆盖系数的值不满足公式1,则将I的值加1,返回所述计算本组多次布针下的覆盖质量目标参数系数;覆盖质量目标参数系数包括完整覆盖系数、重复覆盖系数、总超覆盖系数和每次布针超覆盖系数。 8.根据权利要求7所述的单针双极脉冲电场适形消融方法,其特征在于,所述若完整覆盖系数的值不等于1,或重复覆盖系数的值、总超覆盖系数的值和超覆盖系数的值不满足公式1,则将I的值加1,返回所述计算本组多次布针下的覆盖质量目标参数系数,包括: 通过公式10和公式11优化布针的轴线方向; 公式10; 公式11; 其中,是优化后的布针的轴线方向,是初始布针的轴线方向,用于生成介于0到之间的随机数; 通过公式12和公式13优化布针的电极针中心点位置; 公式12; 公式13; 其中,是优化后的布针的电极针中心点位置,是初始布针的电极针中心点位置,用于生成介于之间的随机数,是优化迭代步长。 9.根据权利要求8所述的单针双极脉冲电场适形消融方法,其特征在于,所述根据最终的覆盖质量目标参数系数对消融靶区进行布针,包括: 输出最后一次优化得到的布针的轴线方向和布针的电极针中心点位置; 根据最后一次优化得到的布针的轴线方向和布针的电极针中心点位置对消融靶区进行消融。 10.一种单针双极脉冲电场适形消融系统,应用于权利要求1至权利要求9中任意一项所述的单针双极脉冲电场适形消融方法,其特征在于,所述单针双极脉冲电场适形消融系统包括: 能量主机; 单针双极电极针,所述能量主机与单针双极电极针电连接,通过单针双极电极针将能量主机产生的消融治疗所需的高压电脉冲投放到消融靶区; 处理组件,所述处理组件包括计算模块、勾画模块和计划模块,通过所述计算模块计算能量主机和单针双极电极针在靶组织内可产生的相应电场分布及电能密度分布,通过勾画模块基于患者诊断影像勾画消融靶区,通过计划模块确定单针双极脉冲电场消融治疗所需的最小布针次数和最优布针位置。
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