Kepenų navikų radijo-dažninio naikinimo valdymas naudojant skaičiuojamąjį fizikinį modelį ir vaizdų apdorojimo metodus (NAVIKAS)
Reziume
Kuriamas kepenų audinių radijodažninės destrukcijos(RDD) baigtinių elementų skaičiuojamasis modelis. Jis aprašo RDD metu vykstančius susietuosius elektrinius ir šiluminius procesus, laikant, kad kintamosios srovės elektriniuose reiškiniuose dominuoja aktyviojo laidumo mechanizmas. Abipusė elektrinių ir šiluminių reiškinių priklausomybė iš vienos pusės yra sąlygojama šilumos generavimu audiniuose dėl pratekančios elektros srovės, o iš kitos pusės - dėl terpės specifinio elektrinio laidumo koeficiento kiekviename taške priklausomybės nuo terpės temperatūros tame taške. Modelis realizuotas baigtinių elementų sistemoje COMSOL Multiphysics. Eksperimentuojant su negyvais audiniais nustatytos terminio poveikio fizinės savybės, eksperimentiniai duomenys sulyginti su RDD proceso skaičiuojamojo modelio rezultatais. Eksperimentai atlikti naudojant kadaverines kiaulės kepenis. Po termodestrukcijos maksimaliu re?imu i?ry?kėjo ovalo formos absoliučios kepenų audinio destrukcijos zona ir ją supanti ovalo formos reliatyvios destrukcijos zona. Sulyginant eksperimente gautus duomenis su teoriniais nustatyta, kad principinis šiluminio efekto pasiskirstymas sutampa, o didėjant nuotoliui nuo aktyvaus elektrodo teoriškai apskaičiuotos bei eksperimentiškai išmatuotos temperatūrų skirtumas didėja. Ryšium su tuo numatytos kryptys modelio tobulinimui įvertinant šilumos perdavimą pro adatinio elektrodo kanalą įšvirkščiamu skysčiu.
Atlikta diagnostinių kompiuterinio tomografo (CT) vaizdų su kepenų vėžio židiniais statistinė analizė. CT kepenų vaizdai yra žemo kontrastingumo, dėl ko sunku išskirti kepenis iš kitų organų, gautų radiologinių spindulių projekcijos dėka. Sukurta navikinio audinio sričių segmentavimo metodika ir algoritmai. Pateikti algoritmai navikinių sričių geometrinių parametrų skaičiavimui: srities geometrinio centro koordinatės, sritį aproksimuojančios elipsės maksimalios ir minimalios ašies ilgiai bei kampo dydis tarp maksimalios elipsės ašies ir x- koordinatės. Geometriniai parametrai įgalina tiksliai numatyti adatos pozicionavimą bei įvertinti energijos kiekį, reikalingą naviko i?deginimui.. Sukurtas navikų tūrio trimatis modelis ir jo vizualizavimo programinė įranga.
Raktiniai žodžiai: radijo da?ninė destrukcija, baigtinių elementų modelis, COMSOL Multiphysics, kiaulės kepenys, diagnostinis CT vaizdas, segmentavimas, navikų detekcija, 3D vizualizavimas.
Summary
Control of liver tumor radio-frequency ablation by physically based simulation and model driven image processing - NAVIKAS
The finite element nonlinear computational model for the simulation of the radio-frequency ablation process has been developed by taking into account coupled electrical and thermal phenomena. The radio frequency electric current processes are dominated by the active electric conductivity. The heat generation in biological tissues is determined by the electric current density and simultaneously the conductivity of the tissue is nonlinearly dependent upon the temperature of the tissue. The model has been implemented in COMSOL Multiphysics computational environment. Tests on physical characteristics of the thermal effect on ex vivo liver tissue have been performed and their results compared against the estimations made by using the computational model. Two oval-shaped zones of tissue destruction were highlighted: zone of total destruction and zone of relative destruction. The principal distribution of the thermal effect is congruous with the theoretical model. However, the discrepancy of temperatures in experimental and theoretical models increases with distance from the active perfusion electrode. Further directions of the development of the computational model are foreseen by modelling the heat transfer by means of the filtrating fluid injected through the channel of the needle electrode.
Statistical analysis of the diagnostic CT images containing liver tumor lesions has been carried out. The main obstacle to extract a liver pattern among patterns of other human organs, projected on the image by radiological rays, is a low contrast and a high level of a noise. The methodology and a set of algorithms for malignant tissue segmentation have been developed. The evaluation of geometrical parameters of the tumor areas has been carried out. A geometrical centre of the tissue defines the location of a needle. The axes of the approximate ellipse enable to evaluate the energy of ablation. A visualization of 3D tumor volume has been developed to present an exhaustive information on the object.
Keywords: radio frequency ablation, finite element model, COMSOL Multiphysics, pocrine liver, diagnostical CT image, segmentation, liver detection, 3D visualization.
Metai | 2005-2006 |
Fondas | LIETUVOS VALSTYBINIS MOKSLO IR STUDIJŲ FONDAS |
Fondo programa | PRIORITETINIŲ MOKSLO KRYPČIŲ PLĖTROS PROGRAMA |
Reg. Nr. | C-05035 |
Partneriai | LSMU |
Sut. Nr. | C-25/2006 |