專利名稱：一種射頻毀損儀的工作參數(shù)實時調(diào)控方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種射頻毀損儀的工作參數(shù)實時調(diào)控的方法，尤其是利用近紅外光譜 技術采集到的約化散射系數(shù)μ ‘ s對射頻毀損儀的工作參數(shù)進行實時調(diào)控的方法。
背景技術：
射頻(Radio frequency, RF)是一種頻率為50kHz 2000kHz的電磁波，其電流高 度集中，并隨高頻產(chǎn)生離子振動磨擦，從而在組織內(nèi)產(chǎn)生熱量，使組織溶解、氣化。毀損術對 于當今的帕金森病、各類腫瘤(原發(fā)性肝腫瘤、乳腺腫瘤、腦膠質(zhì)瘤、前列腺瘤等)的毀損效 果較為滿意。毀損程度與靶點定位精度、毀損灶大小、熱凝溫度、燒灼時間以及刺激參數(shù)的 選取等因素密切相關，目前國內(nèi)臨床醫(yī)師針對毀損灶大小的毀損參數(shù)(毀損溫度T和毀損 時間t)的選取都是通過先前的經(jīng)驗，術中的毀損效果也是看病人的反映來估計，缺乏實時 監(jiān)控毀損程度的方法，這導致了手術治愈率不高且多復發(fā)的情況。臨床上比較理想的射頻毀損術中毀損程度的監(jiān)控方法主要是術中MRI實時導航 和超聲術中導航。術中MRI利用毀損靶點的溫度場分布來進行毀損程度的監(jiān)測，可以得出 毀損體積，評價毀損效果，得到國內(nèi)外的普遍認可，但存在幾個重要的問題1、術中MRI設 備價格昂貴，考慮到使用環(huán)境射頻毀損設備也必須特別設計與制作，目前在我國絕大多數(shù) 醫(yī)院的射頻毀損手術沒有這個條件。2、術中MRI實時監(jiān)控的是溫度，通過溫度場分布來估 計毀損效果，不同溫度點的毀損時間，其依據(jù)仍然缺少實時組織監(jiān)控參數(shù)(如毀損靶點區(qū) 域的組織凝固程度等)，也就是缺少毀損程度的實時定量描述，或者說溫度場分布不等于毀 損程度模型。近紅外光譜(Near Infrared Spectroscopy，NIRS)技術的研究很早就已出現(xiàn)。 1977年，Jobsis在《Science》雜志上首次報道了血紅蛋白和細胞色素在特定近紅外區(qū)的吸 收特性，并發(fā)現(xiàn)氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白分別在735nm和850nm處有兩個吸收峰，其變 化可以反映血紅蛋白的載氧情況。該報道引起了廣泛重視。此后，很多研究小組從各自不 同的角度將這種方法推廣開來，在不同的領域?qū)ζ溥M行了深入的研究。目前，在生物醫(yī)學領域NIRS技術被廣泛應用于研究生物組織的光學性質(zhì)、組織類型識別、診斷癌癥、藥物的傳輸過程監(jiān)測以及組織結(jié)構(gòu)和成分研究、組織內(nèi)部散射粒子大 小、密度、近紅外吸收藥物的效應等。近10年來，隨著光導纖維及傳感技術的發(fā)展，近紅外 光譜技術在醫(yī)學領域得到了廣泛的應用。由于生物體中不同的組織對近紅外光具有不同的 吸收和散射特性，因此近紅外光對不同組織和組織的變化具有較強的區(qū)分能力。根據(jù)這種 特性，可以利用近紅外光譜法測量生物組織的某些光學參數(shù)(如約化散射系數(shù))，從而與組 織的某些生理參數(shù)進行有意義的關聯(lián)，建立光學參數(shù)和這些生理參數(shù)的關聯(lián)數(shù)學模型。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是針對目前射頻損毀治療儀實際工作中存在的盲目性高、精確性低的問題，提出一種利用近紅外光譜技術，對射頻毀損儀的工作參數(shù)進行實時調(diào)控的方法。技術方案本發(fā)明為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用如下技術方案一種射頻毀損儀的工作參數(shù)實時調(diào)控方法，包括以下步驟步驟一，采用射頻毀損儀對目標體進行毀損時，分別設置η組對應的毀損溫度T和 毀損時間t進行毀損，同時采用生物組織光學參數(shù)測量系統(tǒng)采集與每組毀損溫度T和毀損 時間t相對應的實時約化散射系數(shù)μ ‘ s ；通過采集上述η組毀損溫度Τ、毀損時間t以及 約化散射系數(shù)μ ‘ s的實時對應數(shù)據(jù)，建立約化散射系數(shù)μ ‘ s與毀損溫度T和毀損時間 t的數(shù)學模型μ ‘ s = f1(T, t)(1)其中η為自然數(shù)；步驟二，在步驟一中，當射頻毀損結(jié)束后，同時采集目標體毀損灶體積V與毀損溫 度Τ、毀損時間t的實時對應數(shù)據(jù)，獲得目標體毀損的體積V與毀損溫度T、毀損時間t的數(shù) 學模型f2 V = f2(T, t)(2)步驟三，根據(jù)數(shù)學模型和數(shù)學模型f2，得出約化散射系數(shù)μ ‘ s與目標體毀損 的體積V的數(shù)學關系式(3)V = g(u ‘ s)(3)步驟四，在射頻毀損儀正式采集數(shù)據(jù)前，通過核磁共振圖像獲得預期毀損目標體 的體積Vtl，根據(jù)數(shù)學模型f2確定毀損溫度T和毀損時間t ；步驟五，通過數(shù)學關系式(3)獲得與預期毀損目標體的體積Vtl相對應的預期約化 散射系數(shù)P ‘ sth ；步驟六，在射頻毀損過程中利用生物組織光學參數(shù)測量系統(tǒng)，實時采集獲得約化 散射系數(shù)μ ‘ s的值，當μ ‘ s的值達到預期值μ ‘ sth時，即控制射頻毀損儀結(jié)束毀損。進一步的，本發(fā)明的射頻毀損儀的工作參數(shù)實時調(diào)控方法的步驟一、步驟二中，T 的取值范圍為50°C 100°C，t的取值范圍為5s 120s。進一步的，本發(fā)明的射頻毀損儀的工作參數(shù)實時調(diào)控方法的步驟四中，當預期毀 損目標體的體積\已知，而毀損溫度T和毀損時間t均未知時，毀損溫度T和毀損時間t的 確定具體步驟為步驟A、設定m組毀損時間t，根據(jù)數(shù)學模型f2，求得m組對應的毀損溫度T的值， 得出m組關于預期毀損目標體的體積Vtl的毀損方案，T取值范圍為50°C 100°C，t的取值 范圍為5s 120s，m為自然數(shù)；步驟B、根據(jù)射頻毀損儀可設置的溫度、時間的最小精度，對步驟A的m組毀損方案 進行篩選，排除那些超出射頻毀損儀設置精度范圍的毀損方案，得出有效毀損方案；步驟C，對步驟B得到的有效毀損方案進行二次篩選，篩選出同一毀損時間下毀損 溫度最低，或者同一毀損溫度下毀損時間最短的方案，將其作為首選方案。進一步的，本發(fā)明的射頻毀損儀的工作參數(shù)實時調(diào)控方法的步驟六中，當μ' s < μ ‘ sth時，根據(jù)μ ‘ s的曲線的態(tài)勢，采取以下兩種處理方法①、當μ ‘ s的曲線處于走平階段時，即在設定的初始毀損溫度T1下，毀損了、時長后，不管毀損時間再如何增大，毀損體積均不再增大，μ ' s不可能達到預期值μ' sth， 此時應重新設置毀損溫度為T2，且T2 > T1,重新返回步驟四，采用射頻毀損儀重新設置好毀 損溫度T2和毀損時間t2后，繼續(xù)進行毀損，同時監(jiān)測y ‘ s的變化趨勢；②、當μ' s的曲線處于上升階段時，即在設定的初始毀損溫度T1下，毀損了、 時長后，μ' s還沒有達到極限值，同時毀損體積也還沒有到達預期值；若延長毀損時間， μ ‘ s仍然將繼續(xù)上升，直至達到預期值μ ‘ sth大小，對應的毀損體積也會繼續(xù)增大，直至 無限接近目標體積Vtl，此時應保持毀損溫度不變，即T2 = T1，延長毀損時間，即t2 >、，繼續(xù) 進行毀損，直至μ' s= μ ‘ sth。 有益效果1、實時性強、準確性高。實驗表明，毀損程度，即毀損體積的大小與μ ‘ s的變化 情況密切相關，因此μ ‘ s作為毀損程度的實時監(jiān)控因子具有很好的效果。2、成本低。本發(fā)明提供的方法成本大大降低，生物組織光學參數(shù)測量系統(tǒng)的搭建 相對方便，實現(xiàn)起來也相對比較容易。3、可操作性強。本發(fā)明提出的方法，可以實現(xiàn)射頻毀損儀的欠操作控制和過操作 控制，可操作性強，安全性高。


圖1是本發(fā)明的流程圖。圖2是本發(fā)明的實施例中μ ‘ s變化情況。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明附圖1是本發(fā)明的詳細流程圖。采用射頻毀損儀進行毀損操作前，通過其他醫(yī)學 成像手段，如核磁共振圖像獲得目標毀損灶體積大小Vo，根據(jù)數(shù)學模型(2) :V = f2(T，t)設 定毀損溫度和毀損時間分別為1\、、。毀損開始時，利用近紅外光譜采集系統(tǒng)觀測約化散射 系數(shù)μ' 3的變化。若其大小達到預期值μ' sth，則可認為達到毀損目的，可立即結(jié)束毀 損；若其大小未達到預期值μ ‘ sth，則進入方案修正環(huán)節(jié)，具體的情況分析和修正方案可 見具體實施方式
中步驟五。如圖2所示，為約化散射系數(shù)μ ‘ s變化情況。附圖2中三條曲線1、2、3是約化 散射系數(shù)μ' s的三種變化情況，圓點為μ ‘ sth的值。圖中左側(cè)為射頻毀損電極在目標體 形成的毀損體剖面示意圖，D為內(nèi)置雙光纖的射頻毀損電極，A、B、C三個區(qū)域分別為術前測 量所得病灶區(qū)(體積為V、實際毀損形成的區(qū)域和毀損電極內(nèi)置光纖的前視距離。以下對本發(fā)明進行詳細說明。步驟一，定位。術前根據(jù)相關醫(yī)學檢測手段獲得射頻毀損灶的中心位置坐標、橫 徑、縱徑大小等參數(shù)，經(jīng)橢球體積計算公式計算出目標毀損灶的體積Vtl，并利用步進電機將 毀損電極尖端定位至中心坐標位置處。步驟二，確定毀損溫度和毀損時間。根據(jù)毀損灶的體積V0和數(shù)學模型(2) :V = f2(T，t)，可求出毀損溫度T和毀損時間t的各種毀損方案組合。從這些毀損方案組合中選 擇最佳組合，現(xiàn)舉一例進行說明。
如表1所示，當Vtl = 25. 5mm3時，表1給出了方案的篩選過程。初始方案是根據(jù)上 述方法求解得出對應于毀損時間t為5s、10s、15s、20s、……120s時各個毀損溫度T的值， 現(xiàn)針對一具體的射頻毀損實例加以說明，其他各類射頻毀損術中毀損方案的選擇均可參照 此技術路線。根據(jù)初始方案1，當給予的毀損時間是20s時，欲毀損Vtl = 25. 5mm3的體積， 則應設置毀損溫度為99. 7°C;同理，根據(jù)初始方案3，當給予的毀損時間是30s時，欲毀損Vtl =25. 5mm3的體積，則應設置毀損溫度為86. 2V。溫度T變化范圍為50°C 100°C，毀損時 間t變化范圍為5s 120s，而毀損時間為5s、10s、15s時對應的毀損溫度均超出最高溫度 100°C，因此，初始方案中毀損時間為5s、10s、15s的方案不滿足條件，并未給出。由于溫度、時間值必須符合射頻儀可設置的溫度、時間的最小精度，因此，利用相 關算法對21種初始方法進行一次篩選，得出6種優(yōu)選方法，這類方案屬于有效方案，為方案 的選擇提供了參考依據(jù)。為不造成過毀損，在該實例中首選方案通常采取取值相對保險的方案，因此可利 用算法對方案進行二次篩選。二次篩選是從優(yōu)選方案中篩選出同一毀損時間下毀損溫度最 低，或者同一毀損溫度下毀損時間最短的方案，將其作為首選方案的一種，如當毀損溫度均 為70°C時，相對保險的毀損方案是毀損時間最短的一組，即方案1、2、3、4為可操作的首選 方案。表1方案篩選過程
步驟三，計算。實時毀損流程見附圖1。根據(jù)步驟二所得參數(shù)，計算目標毀損灶體 積Vtl (單位mm3)，由數(shù)學模型(2) :V = f2 (Τ, t)求得對應于V。的T和t的值，同時根據(jù)公式 (3)計算得出對應于該體積的約化散射系數(shù)的預期值μ ‘ sth。步驟四，監(jiān)測。根據(jù)步驟三得到的T和t，制定首選毀損方案1\、、(毀損方案的合 理選擇見步驟一)毀損病灶區(qū)。正式開始毀損時，記錄約化散射系數(shù)μ ‘ s的變化情況。
步驟五，分析。實時監(jiān)測的P ‘ s曲線見附圖2，圓點為y ‘ sth的值，圖中左側(cè)為 射頻毀損電極在目標體形成的毀損灶剖面示意圖，D為內(nèi)置雙光纖的射頻毀損電極，A、B、C 三個區(qū)域分別為術前測量所得病灶區(qū)(體積為、實際毀損形成的區(qū)域和毀損電極內(nèi)置光 纖的前視距離。根據(jù)本發(fā)明的技術路線，比較實時監(jiān)測獲得的P ‘ 3與步驟三中計算得出的 U ‘ sth大小，有兩種顯著的結(jié)果其一，在首選方案，即毀損溫度為，毀損時間為、的情況 下，ii' U ‘ sth，見附圖2中的曲線3，此時的i! ‘ s達到了預期值，說明當前毀損形成 的毀損區(qū)域剛好無限接近或者超出了目標毀損灶大小，再繼續(xù)毀損則很有可能燒傷組織中 的神經(jīng)或其他重要部位，應立即結(jié)束毀損，這實現(xiàn)了對毀損的過操作控制，此種情況可以視 為一旦達成，則基本完成毀損；其二，毀損溫度為1\，毀損時間達到、時，y ‘ s< u ‘ sth， 此時說明當前毀損形成的毀損區(qū)域還未達到目標毀損灶大小，仍需繼續(xù)毀損，實現(xiàn)了對毀 損過程的欠操作控制?，F(xiàn)針對欠操作控制的修正方案進行詳細說明P ‘ s< U ‘ sth時，說明約化散射 系數(shù)s沒有達到預期值，見附圖2中的曲線1、2，其中曲線1為y ‘ 3處于走平階段時 的情況，此時表明在設定的初始毀損溫度下，毀損了、時長后，不管毀損時間再如何增 大，毀損灶體積均不再增大，即P ‘ s不可能達到預期值sth。針對性的修正方案為根 據(jù)優(yōu)選方案重新設置毀損溫度為T2，且T2 > 1\，T2所對應的毀損時間t2由模型t2 = f(T2, V0)得出。設置好參數(shù)值后，繼續(xù)毀損，觀測修正后P ‘ s的變化趨勢。約化散射系數(shù)P ‘ 3沒有達到預期值的另一種情況如附圖2中的曲線2，此時 U ‘ s處于上升階段。這說明在設定的初始毀損溫度下，毀損了、時長后，s還沒有 達到極限值。這種情況下的毀損體積還沒有到達極限，若延長毀損時間，P ‘ s仍然有可能 上升，甚至達到預期值P ‘ sth大小，其對應的毀損體積也有可能繼續(xù)增大，甚至無限接近 目標體積％。針對性的修正方案為保持毀損溫度不變，即t2 = ，延長毀損時間，即t2 > 、，直至 ii ‘ s = u ‘ sth。
權(quán)利要求
一種射頻毀損儀的工作參數(shù)實時調(diào)控方法，其特征在于包括以下步驟步驟一，采用射頻毀損儀對目標體進行毀損時，分別設置n組對應的毀損溫度T和毀損時間t進行毀損，同時采用生物組織光學參數(shù)測量系統(tǒng)采集與每組毀損溫度T和毀損時間t相對應的實時約化散射系數(shù)μ′s；通過采集上述n組毀損溫度T、毀損時間t以及約化散射系數(shù)μ′s的實時對應數(shù)據(jù)，建立約化散射系數(shù)μ′s與毀損溫度T和毀損時間t的數(shù)學模型f1μ′s＝f1(T，t)(1)其中n為自然數(shù)；步驟二，在步驟一中，當射頻毀損結(jié)束后，同時采集目標體毀損灶體積V與毀損溫度T、毀損時間t的實時對應數(shù)據(jù)，獲得目標體毀損的體積V與毀損溫度T、毀損時間t的數(shù)學模型f2V＝f2(T，t)(2)步驟三，根據(jù)數(shù)學模型f1和數(shù)學模型f2，得出約化散射系數(shù)μ′s與目標體毀損的體積V的數(shù)學關系式(3)V＝g(μ′s)(3)步驟四，在射頻毀損儀正式采集數(shù)據(jù)前，通過核磁共振圖像獲得預期毀損目標體的體積V0，根據(jù)數(shù)學模型f2確定毀損溫度T和毀損時間t；步驟五，通過數(shù)學關系式(3)獲得與預期毀損目標體的體積V0相對應的預期約化散射系數(shù)μ′sth；步驟六，在射頻毀損過程中利用生物組織光學參數(shù)測量系統(tǒng)，實時采集獲得約化散射系數(shù)μ′s的值，當μ′s的值達到預期值μ′sth時，即控制射頻毀損儀結(jié)束毀損。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻毀損儀的工作參數(shù)實時調(diào)控方法，其特征在于所述步 驟一、步驟二中，T取值范圍為50°C 100°C，t的取值范圍為5s 120s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻毀損儀的工作參數(shù)實時調(diào)控方法，其特征在于所述步 驟四中，當預期毀損目標體的體積\已知，而毀損溫度T和毀損時間t均未知時，毀損溫度 T和毀損時間t的確定具體步驟為步驟A、設定m組毀損時間t，根據(jù)數(shù)學模型f2，求得m組對應的毀損溫度T的值，得出 m組關于預期毀損目標體的體積％的毀損方案，T取值范圍為50°C 100°C，t的取值范圍 為5s 120s，m為自然數(shù)；步驟B、根據(jù)射頻毀損儀可設置的溫度、時間的最小精度，對步驟A的m組毀損方案進行 篩選，排除那些超出射頻毀損儀設置精度范圍的毀損方案，得出有效毀損方案；步驟C，對步驟B得到的有效毀損方案進行二次篩選，篩選出同一毀損時間下毀損溫度 最低，或者同一毀損溫度下毀損時間最短的方案，將其作為首選方案。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻毀損儀的工作參數(shù)實時調(diào)控方法，其特征在于在步驟 六中，當y ‘ s< u ‘ sth時，根據(jù)P ‘ s的曲線的態(tài)勢，采取以下兩種處理方法①、當P ‘ s的曲線處于走平階段時，即在設定的初始毀損溫度1\下，毀損了t1時長后，不管毀損時間再如何增大，毀損體積均不再增大，P ‘ s不可能達到預期值sth，此 時應重新設置毀損溫度為T2，且T2 > ，重新返回步驟四，采用射頻毀損儀重新設置好毀損 溫度T2和毀損時間t2后，繼續(xù)進行毀損，同時監(jiān)測P ‘ s的變化趨勢；②、當P ‘ s的曲線處于上升階段時，即在設定的初始毀損溫度1\下，毀損了、時長 后，s還沒有達到極限值，同時毀損體積也還沒有到達預期值；若延長毀損時間，P ‘ s 仍然將繼續(xù)上升，直至達到預期值P ‘ sth大小，對應的毀損體積也會繼續(xù)增大，直至無限 接近目標體積％，此時應保持毀損溫度不變，即T2 = ，延長毀損時間，即t2 >、，繼續(xù)進行 毀損，直至P ‘ s= u ‘ sth。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種射頻毀損儀的工作參數(shù)實時調(diào)控方法，屬于近紅外光譜數(shù)據(jù)處理技術領域。本發(fā)明根據(jù)射頻毀損儀采集n組毀損溫度T和毀損時間t對應值，同時通過光學參數(shù)測量系統(tǒng)實時采集得到與其同步的n組約化散射系數(shù)μ′s，得出關系式μ′s＝f1(T，t)，然后再通過同步采集到的毀損體積V的數(shù)據(jù)，得到毀損體積V與毀損溫度T和毀損時間t的關系式V＝f2(T，t)；通過以上兩個關系式得出約化散射系數(shù)μ′s與毀損體積V的關系式V＝g(μ′s)；本發(fā)明通過關系式V＝g(μ′s)，根據(jù)預期毀損體積V0設定相對應的預期約化散射系數(shù)μ′sth，當μ′s＝μ′sth時，射頻毀損過程結(jié)束；當μ′s＜μ′sth時，根據(jù)μ′s的曲線態(tài)勢調(diào)整射頻毀損儀的參數(shù)，以解決以前射頻毀損儀毀損盲目性高、精確性低的問題。
文檔編號A61B18/18GK101836892SQ20101016422
公開日2010年9月22日 申請日期2010年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月6日
發(fā)明者李韙韜, 肖笛, 錢志余 申請人:南京航空航天大學