基于实时热成像的微创活体组织高保真热力学建模
医学物理
2023-01-25 v1 计算机视觉与模式识别
图像与视频处理
摘要
我们提出一种用于活体组织能量手术(直接应用于电外科手术中的组织表征)的新型热力学参数估计框架。该框架解决实时估计组织特异性热力学参数的问题,从而能够准确预测热损伤对组织的影响,并进行具有损伤意识的电外科手术规划。我们的方法提供热扩散率等基本热力学信息,还可获得热弛豫时间与热源模型,实时给出受控双曲热力学模型。后者考虑了有限热传播时间,这是电外科作用建模所必需的,因为探头运动速度常超过所操作组织中的热传播速度。我们的方法仅依赖热像仪反馈以及电外科笔的功率水平和位置信息,仅对常规电外科手术做极微小调整即可获得组织-探头相互作用的高保真模型。该方法微创且可原位进行。我们首先基于猪肌肉组织模拟数据验证其准确性,然后应用于活体肝脏组织,并与文献结果比较。比较表明,通过所提框架对 Maxwell--Cattaneo 模型进行参数化,比现有方法能明显更高保真地实时自适应表示组织对电外科作用的热力学响应。我们还讨论了活体与死体组织热力学之间的差异。
引用
@article{arxiv.2301.09733,
title = {Minimally Invasive Live Tissue High-fidelity Thermophysical Modeling using Real-time Thermography},
author = {Hamza El-Kebir and Junren Ran and Yongseok Lee and Leonardo P. Chamorro and Martin Ostoja-Starzewski and Richard Berlin and Gabriela M. Aguiluz Cornejo and Enrico Benedetti and Pier C. Giulianotti and Joseph Bentsman},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.09733},
year = {2023}
}
备注
Accepted for publication in the IEEE Transactions on Biomedical Engineering. Research reported in this publication was supported by the National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering of the National Institutes of Health under award number R01EB029766