基于三維腫瘤模型的肝癌微波消融手術(shù)規(guī)劃的研究.pdf

1、微波消融是一種重要的治療肝癌的微創(chuàng)治療方式，以其創(chuàng)傷小、恢復(fù)快的優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。在目前臨床治療中，手術(shù)路徑的選取及消融針的工作參數(shù)主要還是依靠醫(yī)生的主觀判斷，對消融范圍未經(jīng)過嚴(yán)格計(jì)算，易造成未完全殺死腫瘤細(xì)胞或過多損傷正常肝組織的現(xiàn)象。本研究目的是通過優(yōu)化算法可計(jì)算得到最佳手術(shù)路徑及消融針工作參數(shù)，以達(dá)到“適形”治療肝癌的目標(biāo)。
　　成功的肝癌“適形”治療必須要符合兩點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)，即能夠在保證完全消融腫瘤的同時對正常組織損傷最小。為

2、達(dá)到以上兩點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)，本研究提出了一種以消融單針消融模型為基礎(chǔ)的基于改進(jìn)的Powell法的優(yōu)化算法，該算法可計(jì)算得到最佳的針尖位置、進(jìn)針方向向量和與之對應(yīng)的微波消融針工作參數(shù)。對虛擬和真實(shí)的三維腫瘤模型進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，取得了較為理想的結(jié)果。本文主要對以下內(nèi)容進(jìn)行了研究:
　　(1)建立了虛擬及真實(shí)的腫瘤模型:用solidworks軟件繪制了與消融橢球形狀相同的虛擬腫瘤模型;用mimics軟件將掃描得到的肝癌患者的增強(qiáng)螺旋CT圖像進(jìn)行閾值

3、分割和手動分割后三維重建，獲得真實(shí)三維肝臟腫瘤模型。
　　(2)建立了微波消融單針的消融模型:用有限元軟件COMSOLMultiphysics4.3a對微波消融單針溫度場及電場的分布進(jìn)行仿真，確定了適合治療小腫瘤時單縫隙同軸天線的輸入功率和加熱時間。記錄頻率為2.45GHz、輸入功率為10W條件下，不同加熱時間下消融范圍的大小及特點(diǎn)，針對不同體積的腫瘤建立了相應(yīng)微波消融單針的消融模型。
　　(3)提出了一種適用于微波消融手術(shù)

4、規(guī)劃的、基于改進(jìn)的Powell算法的優(yōu)化算法。算法可根據(jù)腫瘤大小和形狀計(jì)算出微波消融單針的工作參數(shù)、針尖位置及最佳進(jìn)針路徑。
　　(4)對優(yōu)化算法的消融效果進(jìn)行了驗(yàn)證及顯示。在腫瘤模型的三維場景中添加了微波消融單針消融模型，三維顯示其消融效果;通過觀察虛擬腫瘤模型的三維消融效果，可直觀觀測到消融橢球剛好包含虛擬腫瘤模型，經(jīng)計(jì)算其消融效率均在95％以上，證明了算法可行性及正確性;通過計(jì)算真實(shí)腫瘤模型的消融效率，與Villard等人計(jì)