CT影像引导肝肿瘤介入微波/射频热消融治疗术中穿刺路径自动规划新方法研究

CT-guided microwave/radiofrequency ablation (MWA/RFA) has been applied in interventional treatment of hepatic tumors in the clinics. However, the current clinical trajectory planning of ablation needle still depends on the clinician's personal experience. Effective and convenient computer-aided treatment planning technique is still lacking. The purpose of this project is to explore a new automatic trajectory planning method for CT-guided liver tumor ablation. This project will be conducted from the following three aspects: (1) Real-time visualization of the intraoperative three-dimensional (3D) lesion model, then determine the liver tumor puncture target automatically based on 3D visualization model and MWA/RFA thermal ablation temperature field simulation model; (2) Automatic trajectory planning of the ablation needle with multiple clinical constraints, including 3D visualization model, ablation temperature field simulation model, tumor conformal coverage; (3) Development of the visualization planning system for CT-guided liver tumor thermal ablation based on the above methods. The expected findings of this project may improve the safety and efficiency of CT-guided liver tumor MWA/RFA treatments.

CT影像引导下肝肿瘤微波/射频热消融治疗已应用于临床，但目前临床上消融针的穿刺路径规划还依赖于临床医师的个人经验，尚缺乏有效便捷的计算机辅助治疗手段。本项目以提高术中热消融穿刺路径规划的自动化、准确性和实时性为目标，研究满足临床实际需求的热消融术中穿刺路径自动规划新方法。主要研究内容有：（1）实现术中CT图像肝肿瘤三维空间模型的自动建立，研究基于肿瘤三维空间模型和微波/射频热消融温度场仿真模型匹配的消融针介入肿瘤靶点的自动确定；（2）研究基于肿瘤三维空间模型、热消融温度场仿真及适形覆盖等多临床约束条件的穿刺路径自动规划；（3）基于上述方法，研制CT引导肝肿瘤热消融治疗术中手术规划系统软件，以期提高临床CT引导下肝肿瘤热消融治疗的安全性和有效性，具有重要科学意义和临床应用价值。

CT引导肝肿瘤热消融治疗已用于临床。客观准确的消融针穿刺路径规划是热消融治疗的重要环节，然而目前临床上该环节仍然依赖临床医生的个人经验，或基于CT序列切面图像执行手工规划，或基于现有的手术路径规划系统执行交互式规划。.针对CT引导肝肿瘤热消融治疗手术路径自动规划问题，本项目研究了CT影像引导肝肿瘤介入微波/射频热消融治疗术中穿刺路径自动规划新方法及系统设计，完成的研究工作有：（1）基于CT扫描影像完成了对肝脏、肝肿瘤、肝血管及其他周围重要组织结构的快速自动分割和三维可视化，该工作在前期研究工作基础上进一步优化改进，已集成到本项目设计的“CT引导肝肿瘤热消融治疗手术路径自动规划系统”中，是该系统的核心模块之一；（2）提出并实现了CT引导肝肿瘤热消融治疗穿刺路径自动规划新方法，基于多种临床强约束条件和弱约束条件生成加权灰度约束图，择优规划穿刺路径，该方法在计算机辅助手术路径规划的自动化、准确度和实时性上得到了有效的提高；（3）对微波热消融温度场分布进行了模拟仿真，该仿真预测结果可对微波消融治疗方案的规划提供一定的参考；（4）完成了CT引导肝肿瘤热消融治疗手术路径自动规划系统的软件设计，验证结果表明，本系统自动规划的消融针穿刺路径较为合理，可辅助临床医生执行肝肿瘤热消融治疗手术路径规划任务，并提高规划环节的有效性和安全性；（5）结合电磁定位仪和机械臂进一步实现了肝肿瘤热消融治疗机器人定位导航系统的设计，以确保热消融针沿着规划的路径穿剌进入肿瘤。.通过本项目研究，目前已在国内外核心期刊发表6篇论文，其中SCI检索论文2篇、国内核心期刊论文4篇，申请获批1项国家发明专利。本项目研究成果“CT引导肝肿瘤热消融治疗手术路径自动规划方法及系统”已实现了技术转让，获批国家发明专利已技术转让给真健康（北京）医疗科技有限公司，以期在该公司实现产业化。通过本项目研究，培养了4名研究生，其中已毕业博士生1名、硕士研究生2名。