影像引导热消融治疗三维可视化平台建立及临床应用研究

【摘要】：随着影像引导下热消融技术的发展，热消融技术已成为肝癌根治性方法之一。要获得好的临床疗效，术前科学规划、术中精确定位、术后准确评估是整个热消融治疗过程中必不可少的三个关键步骤，三个步骤之间是相互关联、相互传递及相互反馈的关系。目前对于术前规划尚缺少针对肿瘤热消融科学的规划方法，术中定位中缺少肿瘤的三维空间信息，也无法准确执行术前规划，而且术中治疗时的信息也难以直接应用到术后评估中，对于术后疗效评估的结果及经验也不能反馈来指导术前规划。因此本研究的主要内容就是在研究团队前期研究的基础上将医学影像处理与分析技术、导航技术等与热消融治疗临床应用紧密结合，开发了相应的软件及硬件框架，搭建了一套可应用于临床热消融治疗整个流程（包括术前规划、术中定位、术后评估）的三维可视化平台。该三维可视化平台包括术前规划、术中定位、术后评估三个子平台系统，他们之间又是相互独立的，因此本文分三部分分别介绍了三个子平台系统的搭建、验证以及应用。 一、术前规划平台：针对影像引导下的经皮热消融治疗肝脏肿瘤的特点和临床实际应用需求，结合仿真超声技术方法、三维影像处理和分析方法及导航技术，重点从仿真超声算法及仿真超声图像生成、肝肿瘤热消融三维模型研究及满足临床实际需求的最优化穿刺路径等方面入手，实现了仿真超声条件下三维可视化肝肿瘤热消融治疗规划方法及子平台系统的建立；在对该系统验证上，我们创新性的提出了一种利用临床真实数据的仿真模拟实验，真实模拟了患者临床实际术前治疗规划的环境，客观评价了仿真超声条件下术前三维可视化治疗规划子平台系统的使用价值。在此基础上我们进行了初步的临床应用，取得了较好的临床效果。 二、术中定位平台：我们对商业化生产的导航系统进行了精确度离体验证实验，其精度误差约1.631.06mm，可以满足临床应用的要求；继而我们进行了虚拟导航技术引导下微波消融治疗常规超声显示不清的肝肿瘤的临床应用研究，技术有效率达到94.44%，结果证实虚拟导航技术在肿瘤热消融治疗术中定位中是可行有效的。在此研究基础上我们结合三维可视化技术及导航技术，重点进行了导航参数界面研究及图像配准融合研究，实现了二维超声图像与三维可视化图形的融合及导航参数界面的显示，搭建了一套影像引导下肿瘤热消融术中定位子平台系统，为热消融治疗的术中精确定位奠定了基础。此外我们同样在仿真条件下采用临床真实数据的方法对该影像引导下肿瘤热消融术中定位子平台系统进行了验证实验研究，证实了该导航定位系统可以精确执行术前规划，并且通过该系统的使用可以提高初学者的定位能力，缩小其与专家之间的水平差距。实验证实该影像引导热消融三维可视化术中定位子平台系统具有很好的临床实用价值。 三、术后评估平台：消融术后疗效的定量评估一直是热消融治疗疗效评估的难点。我们采用术前术后增强影像配准的方法，并采用摩尔维特投影（Mollweideprojection）的直观显示方法，对不同区域进行颜色编码，直观定量显示消融后消融区与原肿瘤的关系，建立了一套定量评估消融术后疗效的三维可视化消融术后疗效评估平台。为了三维可视化术后疗效评估平台的临床应用，我们进行了模拟实验结果提示依据该评估平台在判断肿瘤消融疗效正确率上明显高于依据常规二维影像方法判断的正确率，证实该三维可视化消融术后疗效评估平台具有较高的应用价值，为热消融治疗的术后科学评估提供了工具。我们也将该疗效评估平台初步应用到了临床肝肿瘤消融术后疗效评估中，取得了较好的临床效果。