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一种射频毁损仪的工作参数实时调控方法
    【技术领域】

    本发明涉及一种射频毁损仪的工作参数实时调控的方法，尤其是利用近红外光谱技术采集到的约化散射系数μ′_s对射频毁损仪的工作参数进行实时调控的方法。

    背景技术

    射频(Radio frequency，RF)是一种频率为50kHz～2000kHz的电磁波，其电流高度集中，并随高频产生离子振动磨擦，从而在组织内产生热量，使组织溶解、气化。毁损术对于当今的帕金森病、各类肿瘤(原发性肝肿瘤、乳腺肿瘤、脑胶质瘤、前列腺瘤等)的毁损效果较为满意。毁损程度与靶点定位精度、毁损灶大小、热凝温度、烧灼时间以及刺激参数的选取等因素密切相关，目前国内临床医师针对毁损灶大小的毁损参数(毁损温度T和毁损时间t)的选取都是通过先前的经验，术中的毁损效果也是看病人的反映来估计，缺乏实时监控毁损程度的方法，这导致了手术治愈率不高且多复发的情况。

    临床上比较理想的射频毁损术中毁损程度的监控方法主要是术中MRI实时导航和超声术中导航。术中MRI利用毁损靶点的温度场分布来进行毁损程度的监测，可以得出毁损体积，评价毁损效果，得到国内外的普遍认可，但存在几个重要的问题：1、术中MRI设备价格昂贵，考虑到使用环境射频毁损设备也必须特别设计与制作，目前在我国绝大多数医院的射频毁损手术没有这个条件。2、术中MRI实时监控的是温度，通过温度场分布来估计毁损效果，不同温度点的毁损时间，其依据仍然缺少实时组织监控参数(如：毁损靶点区域的组织凝固程度等)，也就是缺少毁损程度的实时定量描述，或者说温度场分布不等于毁损程度模型。

    近红外光谱(Near Infrared Spectroscopy，NIRS)技术的研究很早就已出现。1977年，Jobsis在《Science》杂志上首次报道了血红蛋白和细胞色素在特定近红外区的吸收特性，并发现氧合血红蛋白和还原血红蛋白分别在735nm和850nm处有两个吸收峰，其变化可以反映血红蛋白的载氧情况。该报道引起了广泛重视。此后，很多研究小组从各自不同的角度将这种方法推广开来，在不同的领域对其进行了深入的研究。

    目前，在生物医学领域NIRS技术被广泛应用于研究生物组织的光学性质、组织类型识别、诊断癌症、药物的传输过程监测以及组织结构和成分研究、组织内部散射粒子大小、密度、近红外吸收药物的效应等。近10年来，随着光导纤维及传感技术的发展，近红外光谱技术在医学领域得到了广泛的应用。由于生物体中不同的组织对近红外光具有不同的吸收和散射特性，因此近红外光对不同组织和组织的变化具有较强的区分能力。根据这种特性，可以利用近红外光谱法测量生物组织的某些光学参数(如约化散射系数)，从而与组织的某些生理参数进行有意义的关联，建立光学参数和这些生理参数的关联数学模型。

    【发明内容】

    发明目的：

    本发明的目的是针对目前射频损毁治疗仪实际工作中存在的盲目性高、精确性低的问题，提出一种利用近红外光谱技术，对射频毁损仪的工作参数进行实时调控的方法。

    技术方案：

    本发明为实现上述发明目的，采用如下技术方案：

    一种射频毁损仪的工作参数实时调控方法，包括以下步骤：

    步骤一，采用射频毁损仪对目标体进行毁损时，分别设置n组对应的毁损温度T和毁损时间t进行毁损，同时采用生物组织光学参数测量系统采集与每组毁损温度T和毁损时间t相对应的实时约化散射系数μ′_s；通过采集上述n组毁损温度T、毁损时间t以及约化散射系数μ′_s的实时对应数据，建立约化散射系数μ′_s与毁损温度T和毁损时间t的数学模型f₁：

    μ′_s＝f₁(T，t)                   (1)

    其中n为自然数；

    步骤二，在步骤一中，当射频毁损结束后，同时采集目标体毁损灶体积V与毁损温度T、毁损时间t的实时对应数据，获得目标体毁损的体积V与毁损温度T、毁损时间t的数学模型f₂：

    V＝f₂(T，t)                        (2)

    步骤三，根据数学模型f₁和数学模型f₂，得出约化散射系数μ′_s与目标体毁损的体积V的数学关系式(3)：

    V＝g(μ′_s)              (3)

    步骤四，在射频毁损仪正式采集数据前，通过核磁共振图像获得预期毁损目标体的体积V₀，根据数学模型f₂确定毁损温度T和毁损时间t；

    步骤五，通过数学关系式(3)获得与预期毁损目标体的体积V₀相对应的预期约化散射系数μ′_sth；

    步骤六，在射频毁损过程中利用生物组织光学参数测量系统，实时采集获得约化散射系数μ′_s的值，当μ′_s的值达到预期值μ′_sth时，即控制射频毁损仪结束毁损。

    进一步的，本发明的射频毁损仪的工作参数实时调控方法的步骤一、步骤二中，T的取值范围为50℃～100℃，t的取值范围为5s～120s。

    进一步的，本发明的射频毁损仪的工作参数实时调控方法的步骤四中，当预期毁损目标体的体积V₀已知，而毁损温度T和毁损时间t均未知时，毁损温度T和毁损时间t的确定具体步骤为：

    步骤A、设定m组毁损时间t，根据数学模型f₂，求得m组对应的毁损温度T的值，得出m组关于预期毁损目标体的体积V₀的毁损方案，T取值范围为50℃～100℃，t的取值范围为5s～120s，m为自然数；

    步骤B、根据射频毁损仪可设置的温度、时间的最小精度，对步骤A的m组毁损方案进行筛选，排除那些超出射频毁损仪设置精度范围的毁损方案，得出有效毁损方案；

    步骤C，对步骤B得到的有效毁损方案进行二次筛选，筛选出同一毁损时间下毁损温度最低，或者同一毁损温度下毁损时间最短的方案，将其作为首选方案。

    进一步的，本发明的射频毁损仪的工作参数实时调控方法的步骤六中，当μ′_s＜μ′_sth时，根据μ′_s的曲线的态势，采取以下两种处理方法：

    ①、当μ′_s的曲线处于走平阶段时，即在设定的初始毁损温度T₁下，毁损了t₁时长后，不管毁损时间再如何增大，毁损体积均不再增大，μ′_s不可能达到预期值μ′_sth，此时应重新设置毁损温度为T₂，且T₂＞T₁，重新返回步骤四，采用射频毁损仪重新设置好毁损温度T₂和毁损时间t₂后，继续进行毁损，同时监测μ′_s的变化趋势；

    ②、当μ′_s的曲线处于上升阶段时，即在设定的初始毁损温度T₁下，毁损了t₁时长后，μ′_s还没有达到极限值，同时毁损体积也还没有到达预期值；若延长毁损时间，μ′_s仍然将继续上升，直至达到预期值μ′_sth大小，对应的毁损体积也会继续增大，直至无限接近目标体积V₀，此时应保持毁损温度不变，即T₂＝T₁，延长毁损时间，即t₂＞t₁，继续进行毁损，直至μ′_s＝μ′_sth。

    有益效果：

    1、实时性强、准确性高。实验表明，毁损程度，即毁损体积的大小与μ′_s的变化情况密切相关，因此μ′_s作为毁损程度的实时监控因子具有很好的效果。

    2、成本低。本发明提供的方法成本大大降低，生物组织光学参数测量系统的搭建相对方便，实现起来也相对比较容易。

    3、可操作性强。本发明提出的方法，可以实现射频毁损仪的欠操作控制和过操作控制，可操作性强，安全性高。

    【附图说明】

    图1是本发明的流程图。

    图2是本发明的实施例中μ′_s变化情况。

    【具体实施方式】

    下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

    附图1是本发明的详细流程图。采用射频毁损仪进行毁损操作前，通过其他医学成像手段，如核磁共振图像获得目标毁损灶体积大小V₀，根据数学模型(2)：V＝f₂(T，t)设定毁损温度和毁损时间分别为T₁、t₁。毁损开始时，利用近红外光谱采集系统观测约化散射系数μ′_s的变化。若其大小达到预期值μ′_sth，则可认为达到毁损目的，可立即结束毁损；若其大小未达到预期值μ′_sth，则进入方案修正环节，具体的情况分析和修正方案可见具体实施方式中步骤五。

    如图2所示，为约化散射系数μ′_s变化情况。附图2中三条曲线1、2、3是约化散射系数μ′_s的三种变化情况，圆点为μ′_sth的值。图中左侧为射频毁损电极在目标体形成的毁损体剖面示意图，D为内置双光纤的射频毁损电极，A、B、C三个区域分别为术前测量所得病灶区(体积为V₀)、实际毁损形成的区域和毁损电极内置光纤的前视距离。

    以下对本发明进行详细说明。

    步骤一，定位。术前根据相关医学检测手段获得射频毁损灶的中心位置坐标、横径、纵径大小等参数，经椭球体积计算公式计算出目标毁损灶的体积V₀，并利用步进电机将毁损电极尖端定位至中心坐标位置处。

    步骤二，确定毁损温度和毁损时间。根据毁损灶的体积V₀和数学模型(2)：V＝f₂(T，t)，可求出毁损温度T和毁损时间t的各种毁损方案组合。从这些毁损方案组合中选择最佳组合，现举一例进行说明。

    如表1所示，当V₀＝25.5mm³时，表1给出了方案的筛选过程。初始方案是根据上述方法求解得出对应于毁损时间t为5s、10s、15s、20s、……120s时各个毁损温度T的值，现针对一具体的射频毁损实例加以说明，其他各类射频毁损术中毁损方案的选择均可参照此技术路线。根据初始方案1，当给予的毁损时间是20s时，欲毁损V₀＝25.5mm³的体积，则应设置毁损温度为99.7℃；同理，根据初始方案3，当给予的毁损时间是30s时，欲毁损V₀＝25.5mm³的体积，则应设置毁损温度为86.2℃。温度T变化范围为50℃～100℃，毁损时间t变化范围为5s～120s，而毁损时间为5s、10s、15s时对应的毁损温度均超出最高温度100℃，因此，初始方案中毁损时间为5s、10s、15s的方案不满足条件，并未给出。

    由于温度、时间值必须符合射频仪可设置的温度、时间的最小精度，因此，利用相关算法对21种初始方法进行一次筛选，得出6种优选方法，这类方案属于有效方案，为方案的选择提供了参考依据。

    为不造成过毁损，在该实例中首选方案通常采取取值相对保险的方案，因此可利用算法对方案进行二次筛选。二次筛选是从优选方案中筛选出同一毁损时间下毁损温度最低，或者同一毁损温度下毁损时间最短的方案，将其作为首选方案的一种，如当毁损温度均为70℃时，相对保险的毁损方案是毁损时间最短的一组，即方案1、2、3、4为可操作的首选方案。

    表1方案筛选过程

    

    步骤三，计算。实时毁损流程见附图1。根据步骤二所得参数，计算目标毁损灶体积V₀(单位mm³)，由数学模型(2)：V＝f₂(T，t)求得对应于V₀的T和t的值，同时根据公式(3)计算得出对应于该体积的约化散射系数的预期值μ′_sth。

    步骤四，监测。根据步骤三得到的T和t，制定首选毁损方案T₁、t₁(毁损方案的合理选择见步骤一)毁损病灶区。正式开始毁损时，记录约化散射系数μ′_s的变化情况。

    步骤五，分析。实时监测的μ′_s曲线见附图2，圆点为μ′_sth的值，图中左侧为射频毁损电极在目标体形成的毁损灶剖面示意图，D为内置双光纤的射频毁损电极，A、B、C三个区域分别为术前测量所得病灶区(体积为V₀)、实际毁损形成的区域和毁损电极内置光纤的前视距离。

    根据本发明的技术路线，比较实时监测获得的μ′_s与步骤三中计算得出的μ′_sth大小，有两种显著的结果：其一，在首选方案，即毁损温度为T₁，毁损时间为t₁的情况下，μ′_s≥μ′_sth，见附图2中的曲线3，此时的μ′_s达到了预期值，说明当前毁损形成的毁损区域刚好无限接近或者超出了目标毁损灶大小，再继续毁损则很有可能烧伤组织中的神经或其他重要部位，应立即结束毁损，这实现了对毁损的过操作控制，此种情况可以视为一旦达成，则基本完成毁损；其二，毁损温度为T₁，毁损时间达到t₁时，μ′_s＜μ′_sth，此时说明当前毁损形成的毁损区域还未达到目标毁损灶大小，仍需继续毁损，实现了对毁损过程的欠操作控制。

    现针对欠操作控制的修正方案进行详细说明：μ′_s＜μ′_sth时，说明约化散射系数μ′_s没有达到预期值，见附图2中的曲线1、2，其中曲线1为μ′_s处于走平阶段时的情况，此时表明在设定的初始毁损温度T₁下，毁损了t₁时长后，不管毁损时间再如何增大，毁损灶体积均不再增大，即μ′_s不可能达到预期值μ′_sth。针对性的修正方案为：根据优选方案重新设置毁损温度为T₂，且T₂＞T₁，T₂所对应的毁损时间t₂由模型t₂＝f(T₂，V_o)得出。设置好参数值后，继续毁损，观测修正后μ′_s的变化趋势。

    约化散射系数μ′_s没有达到预期值的另一种情况如附图2中的曲线2，此时μ′_s处于上升阶段。这说明在设定的初始毁损温度T₁下，毁损了t₁时长后，μ′_s还没有达到极限值。这种情况下的毁损体积还没有到达极限，若延长毁损时间，μ′_s仍然有可能上升，甚至达到预期值μ′_sth大小，其对应的毁损体积也有可能继续增大，甚至无限接近目标体积V₀。针对性的修正方案为：保持毁损温度不变，即T₂＝T₁，延长毁损时间，即t₂＞t₁，直至μ′_s＝μ′_sth。