MRI-pHIFU子宫肌瘤治疗系统软件开发研究

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相控高强度聚焦超声(Phased High Intensity Focused Ultrasound,pHIFU)热疗技术可以对用于非侵入性的物理治疗。它可以穿过皮肤表层而不引起损伤,将超声产生的热能量聚集于靶区,从而使靶区温度迅速上升。当靶区温度达到65℃以上时,就会产生热损伤,消融肿瘤的同时不会引起其他正常组织的损伤。同时,超声治疗几乎没有任何生物毒副反应,可以在必要的时候进行多次治疗。  在临床治疗中,安全性与可靠性至关重要。近几年磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)技术发展迅猛,相较于X射线、电子断层扫描(Computed Tomography,CT)等成像设备,MRI成像具有无放射损伤、高分辨率的特点,尤其是MRI无损实时测温技术的实现,使得MRI技术逐步成为pHIFU治疗过程提供影像支持的首选方式。MRI技术可以为PHIFU手术确定术前靶区,术中监测、测温,术后评估,在pHIFU治疗中起到了至关重要的作用。目前,国内外有很多知名的研究团队都在致力于MRI引导pHIFU技术的研究。  本文主要完成了MRI-pHIFU子宫肌瘤治疗系统的软件研发和升级。该系统由上海交通大学生物医学仪器研究所自主研发的pHIFU设备和鑫高益医疗器械股份有限公司提供的1.5T超导 MRI共同组成。基于现有的硬件系统和实际需求,重新构建系统框架,开发了一套系统稳定、操作便捷的软件系统。整个软件系统分为两个软件:一个是运行在工控机上,主要负责对 pHIFU控制的HifuControl软件;另一个是主机上的HifuMain软件,负责完成治疗中大部分操作内容,以及和HifuControl、MRI通信。在软件开发的过程中,依据软件工程的思想,对整个软件进行需求分析,明确功能和性能。在此基础上基于模块化编程的思想,采用单例设计模式、状态设计模式等设计模式,使得整个软件稳定运行,达到功能需求。同时利用SVN进行版本控制,方便团队合作和软件的传承,利用Doxygen规范注释,方便生成参考手册。  本软件系统治疗过程可分为探头定位,MRI扫描控制,pHIFU参数设置,治疗区域勾选,治疗计划生成、治疗启动等步骤。单层面治疗可以依据测温结果完成闭环控制,自动治疗。因MRI测温尚达不到实时测温的要求,约5s完成一次测温,所以采用脉冲式加热方法,自动生成治疗时序,对焦点温度和整个靶区进行监测,在当前治疗点达到65℃后自动进入下一个点的治疗,进而完成单个层面的自动治疗。在此基础上,完成多个层面治疗后可以实现肿瘤的消融。在软件系统开发完成后,已通过多次离体实验验证系统的有效性和可靠性,为设备后续动物和临床实验奠定了基础。
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