專(zhuān)利名稱(chēng)：圖像引導(dǎo)的水冷式射頻消融腫瘤治療一體機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像引導(dǎo)的水冷式射頻消融腫瘤治療一體機(jī)，將射頻消融技術(shù)與超聲影像技術(shù)有機(jī)地融合在一起。超聲影像不僅用來(lái)定位靶組織，還跟蹤靶組織的組織特性變化，并據(jù)此實(shí)施射頻消融原位滅活過(guò)程的全程監(jiān)控，確保消融治療安全有效。本發(fā)明應(yīng)用于腫瘤治療，屬于生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
基于射頻原位滅活技術(shù)的射頻腫瘤消融治療系統(tǒng)因具有適應(yīng)癥廣、創(chuàng)傷微小、療效良好、快速安全、方便易行等特點(diǎn)而成為一種廣受歡迎的腫瘤治療手段。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)在已有10種左右的產(chǎn)品，且大體上可分為兩大類(lèi)型冷循環(huán)型和“多彈頭”型。但是，所有的產(chǎn)品都存在一個(gè)致命的缺點(diǎn)，即它們都沒(méi)有跟蹤靶組織的組織特性變化，并據(jù)此實(shí)施射頻消融原位滅活過(guò)程的全程監(jiān)控，安全有效地完成治療。而是憑借定時(shí)或根據(jù)靶組織的阻抗變化來(lái)判定消融治療是否完成，往往不是消融不足就是過(guò)度消融，前者給患者留下了極大的后患，后者過(guò)多地傷害了正常組織，同樣損害了患者的健康。近來(lái)也有醫(yī)生開(kāi)始采用B超監(jiān)視射頻消融的原位滅活過(guò)程，然后憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)判定消融治療是否完成，這樣做雖然大大地改善了治療過(guò)程，但仍存在缺乏科學(xué)考量，操作困難等不足。
在射頻消融原位滅活過(guò)程中，靶組織中的腫瘤細(xì)胞因溫度上升而產(chǎn)生熱性凝固，形成壞死，且范圍不斷擴(kuò)大直至覆蓋整個(gè)病灶。在上述病灶凝固、壞死過(guò)程中，病灶的B超影像將會(huì)有明顯的變化，其中各個(gè)像素的色值、色調(diào)、飽和度數(shù)據(jù)都將隨之變化。正因?yàn)檫@樣，不但可以據(jù)此觀察射頻消融原位滅活過(guò)程，而且還能對(duì)它實(shí)施全程監(jiān)控，這就是圖像引導(dǎo)的水冷式射頻消融腫瘤治療一體機(jī)的基本原理。同時(shí)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)集成手術(shù)系統(tǒng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，也為研發(fā)圖像引導(dǎo)的水冷式射頻消融腫瘤治療一體機(jī)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
經(jīng)文獻(xiàn)檢索，有關(guān)圖像引導(dǎo)的射頻消融腫瘤治療一體機(jī)還未見(jiàn)報(bào)道。在對(duì)《中國(guó)專(zhuān)利》、《香港知識(shí)產(chǎn)權(quán)署網(wǎng)上檢索系統(tǒng)》、《美國(guó)專(zhuān)利商標(biāo)局網(wǎng)上專(zhuān)利檢索》檢索后也未發(fā)現(xiàn)與圖像引導(dǎo)的射頻消融技術(shù)有關(guān)的專(zhuān)利。美國(guó)專(zhuān)利《RFablation system and method having automatic temperature control(帶有自動(dòng)溫度控制的射頻消融系統(tǒng)和方法)》(發(fā)明人Sherman et al.，專(zhuān)利號(hào)6,558,378)的特點(diǎn)是，借自動(dòng)控制消融區(qū)域的溫度來(lái)防止靶組織因溫度過(guò)高而氣化結(jié)碳，從而得到較大范圍的消融區(qū)，不過(guò)它的效果不及冷循環(huán)針狀消融電極。該專(zhuān)利更沒(méi)有涉及跟蹤靶組織的組織特性變化、實(shí)施射頻消融原位滅活過(guò)程全程監(jiān)控等問(wèn)題，存在明顯的不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足及臨床應(yīng)用的需要，提供一種圖像引導(dǎo)的水冷式射頻消融腫瘤治療一體機(jī)，具有性能優(yōu)良、使用安全、療效顯著、操作科學(xué)規(guī)范等特點(diǎn)，造福患者。
為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案中應(yīng)用了射頻消融技術(shù)、醫(yī)學(xué)影像技術(shù)、水冷卻技術(shù)和智能化控制技術(shù)，并將它們有機(jī)地融合在一起形成一個(gè)計(jì)算機(jī)集成手術(shù)系統(tǒng)。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的圖像引導(dǎo)的水冷式射頻消融腫瘤治療一體機(jī)包括循環(huán)水冷卻裝置、可控射頻功率源、三維定位系統(tǒng)、水冷式針狀消融電極、超聲成像探頭、B型超聲成像系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、智能化監(jiān)控軟件、治療計(jì)劃軟件和人機(jī)對(duì)話外設(shè)。
循環(huán)水冷卻裝置通過(guò)連接電纜與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相連接，通過(guò)進(jìn)、出水管與水冷式針狀消融電極相連通?？煽厣漕l功率源通過(guò)連接電纜分別與水冷式針狀消融電極、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相連接。水冷式針狀消融電極安裝在三維定位系統(tǒng)的一號(hào)活動(dòng)臂上，治療時(shí)可插入至患者的靶組織內(nèi)。超聲成像探頭安裝在三維定位系統(tǒng)的二號(hào)活動(dòng)臂上，治療時(shí)可與患者靶組織上方的體表相接觸，通過(guò)連接電纜與B型超聲成像系統(tǒng)相連接。B型超聲成像系統(tǒng)通過(guò)連接電纜與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相連接。三維定位系統(tǒng)是一個(gè)受計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制的復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)，通過(guò)連接電纜與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相連接；人機(jī)對(duì)話外設(shè)包含有鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等，通過(guò)各自的連接電纜與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相連接；智能化監(jiān)控軟件、治療計(jì)劃軟件安裝在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器內(nèi)；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過(guò)連接電纜分別與循環(huán)水冷卻裝置、可控射頻功率源、三維定位系統(tǒng)、B型超聲成像系統(tǒng)相連接；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接電纜分別讀取術(shù)前CT影像數(shù)據(jù)和術(shù)前MR影像數(shù)據(jù)。
所述循環(huán)水冷卻裝置可采用現(xiàn)有設(shè)備(參見(jiàn)已公開(kāi)的發(fā)明專(zhuān)利CN1593353，《水冷式射頻腫瘤消融治療系統(tǒng)》。其中的回水管、出水管分別與水冷式針狀消融電極相連通，控制信號(hào)線及溫度傳感器均通過(guò)連接電纜連接到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
所述可控射頻功率源可采用現(xiàn)有電路(參見(jiàn)已公開(kāi)的發(fā)明專(zhuān)利CN1593353，《水冷式射頻腫瘤消融治療系統(tǒng)》)。來(lái)自計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的PWM(脈寬調(diào)制)信號(hào)加至其控制輸入端，其輸出端則相應(yīng)地輸出受控的射頻功率。
所述水冷式針狀消融電極采用現(xiàn)有裝置(參見(jiàn)已授權(quán)的發(fā)明專(zhuān)利ZL200310122792.1《單針?biāo)涫缴漕l消融電極》)。其中的連接電纜通過(guò)電纜插頭與主機(jī)箱相連接，從可控射頻功率源輸入射頻能量，輸出溫度檢測(cè)信號(hào)到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；進(jìn)、出水管連接至循環(huán)水冷卻裝置。水冷式針狀消融電極插入靶組織，引導(dǎo)電極緊貼在患者的臀部或大腿外側(cè)，兩者構(gòu)成射頻回路，對(duì)病灶實(shí)施射頻容性加熱。
所述三維定位系統(tǒng)是一個(gè)受計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制的復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)，由支架、三維運(yùn)動(dòng)臂、一號(hào)活動(dòng)臂、二號(hào)活動(dòng)臂和電磁跟蹤模塊組成。支架固定地安裝在地面上。電磁跟蹤模塊安裝在支架上，電磁跟蹤模塊通過(guò)連接電纜與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和三維運(yùn)動(dòng)臂相連，用來(lái)跟蹤超聲成像探頭、水冷式針狀消融電極和人體的位置，保證這三者的坐標(biāo)統(tǒng)一。三維運(yùn)動(dòng)臂連接在支架上，可以上下、左右、前后移動(dòng)，使水冷式針狀消融電極、超聲成像探頭快速地接近靶組織。一號(hào)活動(dòng)臂連接在三維運(yùn)動(dòng)臂上，可以作精密的三維運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的位置誤差不大于1mm。水冷式針狀消融電極可拆卸地安裝在一號(hào)活動(dòng)臂上，借一號(hào)活動(dòng)臂的運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確地插入到病灶內(nèi)。二號(hào)活動(dòng)臂也連接在三維運(yùn)動(dòng)臂上，除可以作精密的三維運(yùn)動(dòng)，使超聲成像探頭準(zhǔn)確地朝向靶組織外，還可以通過(guò)平行移動(dòng)，讓超聲成像探頭能獲得靶組織的系列圖像，供重建三維圖像使用。三維定位系統(tǒng)提供了足夠的自由度，且各維運(yùn)動(dòng)都受計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制。
所述超聲成像探頭、B型超聲成像系統(tǒng)采用成熟的產(chǎn)品，它直接把獲取的圖像信息傳送至計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
所述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)以高檔微型計(jì)算機(jī)為核心，配以圖象采集卡、多功能數(shù)據(jù)采集卡、控制卡、因特網(wǎng)接口等插卡，PCI和ISA總線，USB接口，存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)有智能化監(jiān)控軟件、治療計(jì)劃軟件，操作系統(tǒng)為Windows XP。
所述智能化監(jiān)控軟件、治療計(jì)劃軟件的編程語(yǔ)言為C++。
所述人機(jī)對(duì)話外設(shè)包括鍵盤(pán)和鼠標(biāo)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶和計(jì)算機(jī)互動(dòng)操作，即可以通過(guò)人機(jī)對(duì)話外設(shè)進(jìn)行人工干預(yù)。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、人機(jī)對(duì)話外設(shè)、智能化監(jiān)控軟件和治療計(jì)劃軟件構(gòu)成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)。
在手術(shù)前，首先通過(guò)安裝在三維定位系統(tǒng)二號(hào)活動(dòng)臂上的超聲成像探頭和B型超聲成像系統(tǒng)對(duì)患者的病灶，即靶組織進(jìn)行定位。確定靶組織位置后，再進(jìn)一步獲取病人靶組織的序列斷層圖像，然后通過(guò)圖像分割、提取等值面等處理，建立三維模型并使之可視化，同時(shí)區(qū)分病灶、血管、骨骼等感興趣結(jié)構(gòu)，確定消融范圍。將三維模型，即重建的三維圖像中的各個(gè)像素的位置參數(shù)x、y、z和色值、色調(diào)、飽和度等顏色參數(shù)的數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)并存儲(chǔ)，并將它作為靶組織的基準(zhǔn)模型。據(jù)此可以制定治療計(jì)劃方案確定水冷式射頻消融電極針的進(jìn)針位置、射頻劑量、冷卻水溫度等。此外，為達(dá)到病人人體坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)間的聯(lián)系和統(tǒng)一，需要在人體表面設(shè)置對(duì)超聲敏感的標(biāo)記。為實(shí)現(xiàn)更精確的治療，也可以在術(shù)前由CT成像系統(tǒng)或MR成像系統(tǒng)獲取靶組織圖像，并將術(shù)前CT影像數(shù)據(jù)和術(shù)前MR影像數(shù)據(jù)與超聲圖像進(jìn)行多模態(tài)信息融合。
手術(shù)時(shí)，按制定的治療計(jì)劃方案，調(diào)整三維定位系統(tǒng)，在超聲圖像引導(dǎo)下向靶組織插入水冷式射頻消融電極針。然后啟動(dòng)可控射頻功率源和循環(huán)水冷卻裝置，前者按制定的治療計(jì)劃方案輸出射頻功率即射頻劑量，后者則保持冷卻水溫度在設(shè)定值上。同時(shí)通過(guò)超聲成像探頭和B型超聲成像系統(tǒng)采集病人靶組織的圖像，并與手術(shù)前建立的三維模型配準(zhǔn)，實(shí)時(shí)、精確、動(dòng)態(tài)地反映出各個(gè)像素的色值、色調(diào)、飽和度等顏色參數(shù)變化，進(jìn)而判定病灶的消融狀況，并據(jù)此發(fā)出相應(yīng)的指令調(diào)控可控射頻功率源的工作參數(shù)，即改變射頻輸出的幅度和工作比等，使消融治療處于最佳狀態(tài)。如此不斷地采集、調(diào)控、再采集、再調(diào)控，即不斷地及時(shí)更新病人模型、更新手術(shù)計(jì)劃，直至新的靶組織模型與治療計(jì)劃中設(shè)定的治療完成時(shí)的靶組織模型一致，此時(shí)判定消融治療完成，一體機(jī)自動(dòng)終止治療。
在手術(shù)后，重新采集病人靶組織的圖像，對(duì)治療效果進(jìn)行最后的評(píng)估。
本發(fā)明將射頻消融技術(shù)與超聲影像技術(shù)有機(jī)地融合在一起，超聲影像不再是僅僅用來(lái)定位靶組織，它還要跟蹤靶組織的組織特性變化，并據(jù)此實(shí)施射頻消融原位滅活過(guò)程的全程監(jiān)控，確保消融治療安全有效。本發(fā)明適用于肝癌、肺癌、腎癌、前列腺癌等病癥的臨床治療，有著廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中，1為循環(huán)水冷卻裝置、2為可控射頻功率源、3為三維定位系統(tǒng)、4為水冷式針狀消融電極、5為超聲成像探頭、6為B型超聲成像系統(tǒng)、7為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、8為智能化監(jiān)控軟件、9為治療計(jì)劃軟件、10為人機(jī)對(duì)話外設(shè)。
圖2為本發(fā)明的三維定位系統(tǒng)示意圖。
圖2中，11為支架、12為三維運(yùn)動(dòng)臂、13為一號(hào)活動(dòng)臂、14為二號(hào)活動(dòng)臂、15為電磁跟蹤模塊。
具體實(shí)施例方式
為了更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
本發(fā)明系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。它包括循環(huán)水冷卻裝置1、可控射頻功率源2、三維定位系統(tǒng)3、水冷式針狀消融電極4、超聲成像探頭5、B型超聲成像系統(tǒng)6、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)7、智能化監(jiān)控軟件8、治療計(jì)劃軟件9和人機(jī)對(duì)話外設(shè)10。
循環(huán)水冷卻裝置1通過(guò)連接電纜與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)7相連接，通過(guò)進(jìn)、出水管與水冷式針狀消融電極4相連通；可控射頻功率源2通過(guò)連接電纜分別與水冷式針狀消融電極4、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)7相連接；水冷式針狀消融電極4安裝在三維定位系統(tǒng)3的一號(hào)活動(dòng)臂上，治療時(shí)可插入至患者的靶組織內(nèi)；超聲成像探頭5安裝在三維定位系統(tǒng)的二號(hào)活動(dòng)臂上，治療時(shí)可與患者靶組織上方的體表相接觸，通過(guò)連接電纜與B型超聲成像系統(tǒng)6相連接；B型超聲成像系統(tǒng)6通過(guò)連接電纜與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)7相連接；三維定位系統(tǒng)3是一個(gè)受計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)7控制的復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)，通過(guò)連接電纜與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)7相連接；人機(jī)對(duì)話外設(shè)10包含有鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等，通過(guò)各自的連接電纜與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)7相連接；智能化監(jiān)控軟件8、治療計(jì)劃軟件9安裝在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)7的存儲(chǔ)器內(nèi)；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)7通過(guò)連接電纜分別與循環(huán)水冷卻裝置1、可控射頻功率源2、三維定位系統(tǒng)3、B型超聲成像系統(tǒng)6相連接；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)7還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接電纜分別讀取術(shù)前CT影像數(shù)據(jù)和術(shù)前MR影像數(shù)據(jù)。
所述循環(huán)水冷卻裝置采用現(xiàn)有設(shè)備，其中的回水管、出水管分別與水冷式針狀消融電極相連通，控制信號(hào)線及溫度傳感器均通過(guò)連接電纜連接到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
所述可控射頻功率源采用現(xiàn)有電路，來(lái)自計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的PWM信號(hào)加至其控制輸入端，其輸出端則相應(yīng)地輸出受控的射頻功率。
所述水冷式針狀消融電極采用現(xiàn)有裝置。其中的連接電纜通過(guò)電纜插頭與主機(jī)箱相連接，從可控射頻功率源輸入射頻能量，輸出溫度檢測(cè)信號(hào)到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；進(jìn)、出水管連接至循環(huán)水冷卻裝置。水冷式針狀消融電極插入靶組織，引導(dǎo)電極緊貼在患者的臀部或大腿外側(cè)，兩者構(gòu)成射頻回路，對(duì)病灶實(shí)施射頻容性加熱。
所述三維定位系統(tǒng)是一個(gè)受計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制的復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)，由支架11、三維運(yùn)動(dòng)臂12、一號(hào)活動(dòng)臂13、二號(hào)活動(dòng)臂14和電磁跟蹤模塊15組成。支架11固定地安裝在地面上。電磁跟蹤模塊15安裝在支架11上，電磁跟蹤模塊15通過(guò)連接電纜與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)7和三維運(yùn)動(dòng)臂12相連，用來(lái)跟蹤超聲成像探頭5、水冷式針狀消融電極4和人體的位置，保證這三者的坐標(biāo)統(tǒng)一。三維運(yùn)動(dòng)臂12連接在支架11上，可以上下、左右、前后移動(dòng)，使水冷式針狀消融電極4、超聲成像探頭5快速地接近靶組織。一號(hào)活動(dòng)臂13連接在三維運(yùn)動(dòng)臂12上，可以作精密的三維運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的位置誤差不大于1mm。水冷式針狀消融電極4可拆卸地安裝在一號(hào)活動(dòng)臂13上，借一號(hào)活動(dòng)臂13的運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確地插入到病灶內(nèi)。二號(hào)活動(dòng)臂14也連接在三維運(yùn)動(dòng)臂12上，除可以作精密的三維運(yùn)動(dòng)，使超聲成像探頭5準(zhǔn)確地朝向靶組織外，還可以通過(guò)平行移動(dòng)，讓超聲成像探頭5能獲得靶組織的系列圖像，供重建三維圖像使用。三維定位系統(tǒng)提供了足夠的自由度，且各維運(yùn)動(dòng)都受計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制。
所述超聲成像探頭5、B型超聲成像系統(tǒng)6采用成熟的產(chǎn)品，它直接把獲取的圖像信息傳送至計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)7。
所述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)7的硬件平臺(tái)以高檔微型計(jì)算機(jī)為核心，配以圖象采集卡、多功能數(shù)據(jù)采集卡、控制卡、因特網(wǎng)接口等插卡，PCI和ISA總線，USB接口，存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)有智能化監(jiān)控軟件、治療計(jì)劃軟件，操作系統(tǒng)為Windows XP。
所述智能化監(jiān)控軟件、治療計(jì)劃軟件的編程語(yǔ)言為C++。
所述人機(jī)對(duì)話外設(shè)10包括鍵盤(pán)和鼠標(biāo)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶和計(jì)算機(jī)互動(dòng)操作，即可以通過(guò)人機(jī)對(duì)話外設(shè)10進(jìn)行人工干預(yù)。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)7、人機(jī)對(duì)話外設(shè)10、智能化監(jiān)控軟件8和治療計(jì)劃軟件9構(gòu)成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)。
在手術(shù)前，首先通過(guò)安裝在三維定位系統(tǒng)3上的二號(hào)活動(dòng)臂14上的超聲成像探頭5和B型超聲成像系統(tǒng)6對(duì)患者的病灶，即靶組織進(jìn)行定位。確定靶組織位置后，再進(jìn)一步獲取病人靶組織的序列斷層圖像，然后通過(guò)圖像分割、提取等值面等處理，建立三維模型并使之可視化，同時(shí)區(qū)分病灶、血管、骨骼等感興趣結(jié)構(gòu)，確定消融范圍。將三維模型，即重建的三維圖像中的各個(gè)像素的位置參數(shù)x、y、z和色值、色調(diào)、飽和度等顏色參數(shù)的數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)并存儲(chǔ)，并將它作為靶組織的基準(zhǔn)模型。據(jù)此可以制定治療計(jì)劃方案確定水冷式射頻消融電極針的進(jìn)針位置、射頻劑量、冷卻水溫度等。此外，為達(dá)到病人人體坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)間的聯(lián)系和統(tǒng)一，需要在人體表面設(shè)置對(duì)超聲敏感的標(biāo)記。為實(shí)現(xiàn)更精確的治療，也可以在術(shù)前由CT成像系統(tǒng)或MR成像系統(tǒng)獲取靶組織圖像，并將術(shù)前CT影像數(shù)據(jù)和術(shù)前MR影像數(shù)據(jù)與超聲圖像進(jìn)行多模態(tài)信息融合。
在手術(shù)時(shí)，按制定的治療計(jì)劃方案，調(diào)整三維定位系統(tǒng)，在超聲圖像引導(dǎo)下向靶組織插入水冷式射頻消融電極針。然后啟動(dòng)可控射頻功率源和循環(huán)水冷卻裝置，前者按制定的治療計(jì)劃方案輸出射頻功率即射頻劑量，后者則保持冷卻水溫度在設(shè)定值上。同時(shí)，通過(guò)超聲成像探頭和B型超聲成像系統(tǒng)采集病人靶組織的圖像，并與手術(shù)前建立的三維模型配準(zhǔn)，實(shí)時(shí)、精確、動(dòng)態(tài)地反映出各個(gè)像素的色值、色調(diào)、飽和度等顏色參數(shù)變化，進(jìn)而判定病灶的消融狀況，并據(jù)此發(fā)出相應(yīng)的指令調(diào)控可控射頻功率源的工作參數(shù)，即改變射頻輸出的幅度和工作比等，使消融治療處于最佳狀態(tài)。如此不斷地采集、調(diào)控、再采集、再調(diào)控，即不斷地及時(shí)更新病人模型、更新手術(shù)計(jì)劃，直至新的靶組織模型與治療計(jì)劃中設(shè)定的治療完成時(shí)的靶組織模型一致，此時(shí)判定消融治療完成，一體機(jī)自動(dòng)終止治療。
在手術(shù)后，重新采集病人靶組織的圖像，對(duì)治療效果進(jìn)行最后的評(píng)估。
權(quán)利要求
1.一種圖像引導(dǎo)的水冷式射頻消融腫瘤治療一體機(jī)，其特征在于由循環(huán)水冷卻裝置(1)、可控射頻功率源(2)、三維定位系統(tǒng)(3)、水冷式針狀消融電極(4)、超聲成像探頭(5)、B型超聲成像系統(tǒng)(6)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(7)、智能化監(jiān)控軟件(8)、治療計(jì)劃軟件(9)和人機(jī)對(duì)話外設(shè)(10)組成；所述循環(huán)水冷卻裝置(1)通過(guò)連接電纜與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(7)相連接，通過(guò)進(jìn)、出水管與水冷式針狀消融電極(4)相連通；可控射頻功率源(2)通過(guò)連接電纜分別與水冷式針狀消融電極(4)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(7)相連接；水冷式針狀消融電極(4)安裝在三維定位系統(tǒng)(3)的一號(hào)活動(dòng)臂上，治療時(shí)插入至患者的靶組織內(nèi)；超聲成像探頭(5)安裝在三維定位系統(tǒng)的二號(hào)活動(dòng)臂上，治療時(shí)與患者靶組織上方的體表相接觸，通過(guò)連接電纜與B型超聲成像系統(tǒng)(6)相連接；B型超聲成像系統(tǒng)(6)通過(guò)連接電纜與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(7)相連接；三維定位系統(tǒng)(3)是一個(gè)受計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(7)控制的機(jī)電系統(tǒng)，通過(guò)連接電纜與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(7)相連接；包含鍵盤(pán)、鼠標(biāo)的人機(jī)對(duì)話外設(shè)(10)通過(guò)連接電纜與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(7)相連接；智能化監(jiān)控軟件(8)、治療計(jì)劃軟件(9)安裝在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(7)的存儲(chǔ)器內(nèi)；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(7)通過(guò)連接電纜分別與循環(huán)水冷卻裝置(1)、可控射頻功率源(2)、三維定位系統(tǒng)(3)、B型超聲成像系統(tǒng)(6)相連接；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(7)還通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接電纜分別讀取術(shù)前CT影像數(shù)據(jù)和術(shù)前MR影像數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1的圖像引導(dǎo)的水冷式射頻消融腫瘤治療一體機(jī)，其特征在于所述三維定位系統(tǒng)(3)由支架(11)、三維運(yùn)動(dòng)臂(12)、一號(hào)活動(dòng)臂(13)、二號(hào)活動(dòng)臂(14)和電磁跟蹤模塊(15)組成；支架(11)固定安裝在地面上，電磁跟蹤模塊(15)安裝在支架(11)上，電磁跟蹤模塊(15)通過(guò)連接電纜與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(7)和三維運(yùn)動(dòng)臂(12)相連，用來(lái)跟蹤超聲成像探頭(5)、水冷式針狀消融電極(4)和人體的位置；三維運(yùn)動(dòng)臂(12)連接在支架(11)上，可以上下、左右、前后移動(dòng)，使水冷式針狀消融電極(4)、超聲成像探頭(5)快速接近靶組織；一號(hào)活動(dòng)臂(13)連接在三維運(yùn)動(dòng)臂(12)上，水冷式針狀消融電極(4)可拆卸地安裝在一號(hào)活動(dòng)臂(13)上，借一號(hào)活動(dòng)臂(13)的三維運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確地插入到病灶內(nèi)；二號(hào)活動(dòng)臂(14)連接在三維運(yùn)動(dòng)臂(12)上，通過(guò)三維運(yùn)動(dòng)使超聲成像探頭(5)準(zhǔn)確地朝向靶組織，并能獲得靶組織的系列圖像，供重建三維圖像使用。
3.如權(quán)利要求1的圖像引導(dǎo)的水冷式射頻消融腫瘤治療一體機(jī)，其特征在于所述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(7)、人機(jī)對(duì)話外設(shè)(10)、智能化監(jiān)控軟件(8)和治療計(jì)劃軟件(9)構(gòu)成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)；在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(7)中存儲(chǔ)有通過(guò)超聲成像探頭(5)和B型超聲成像系統(tǒng)(6)獲取病人靶組織的序列斷層圖像并經(jīng)圖像分割、提取等值面處理后建立的術(shù)前基準(zhǔn)模型，按制定的治療方案控制手術(shù)中的射頻功率和冷卻水溫度，實(shí)時(shí)采集病人靶組織的圖像，并使之與術(shù)前基準(zhǔn)模型配準(zhǔn)，根據(jù)動(dòng)態(tài)反映出的參數(shù)變化判定病灶的消融狀況，并據(jù)此調(diào)控可控射頻功率源(2)的工作參數(shù)，即改變射頻輸出的幅度和工作比，使消融治療處于最佳狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圖像引導(dǎo)的水冷式射頻消融腫瘤治療一體機(jī)，由循環(huán)水冷卻裝置、可控射頻功率源、三維定位系統(tǒng)、水冷式針狀消融電極、超聲成像探頭、B型超聲成像系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、智能化監(jiān)控軟件、治療計(jì)劃軟件和人機(jī)對(duì)話外設(shè)組成，將射頻消融技術(shù)與超聲影像技術(shù)有機(jī)融合，結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)，在術(shù)前，建立一個(gè)包含各個(gè)像素的位置參數(shù)和色值、色調(diào)、飽和度等顏色參數(shù)的三維模型并使之可視化；在術(shù)中，按制定的治療計(jì)劃方案控制射頻功率和冷卻水溫度，實(shí)時(shí)采集病人靶組織的圖像，動(dòng)態(tài)判定病灶的消融狀況，并據(jù)此調(diào)控可控射頻功率源的工作參數(shù)，使消融治療處于最佳狀態(tài)；在術(shù)后重新采集病人靶組織的圖像，對(duì)治療效果進(jìn)行最后的評(píng)估。
文檔編號(hào)A61B8/00GK1961841SQ20061011890
公開(kāi)日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月30日
發(fā)明者陳亞珠, 白景峰, 倪養(yǎng)華 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)