[发明专利]一种基于特性参数反馈的微波热消融温度场仿真方法

说明书

本发明公开一种基于特性参数反馈的微波热消融温度场仿真方法，包括：在COMSOL Multiphysics软件中设置预设初始条件和边界条件，建立微波热消融温度场仿真模型；基于仿真模型对体模组织特性参数进行敏感性分析；执行微波热消融实验，利用测温针对消融区的七个点进行实测，获得实测温度；基于参数敏感性分析结果，利用反馈针实测数据获得特性参数的精确表征形式；利用特性参数的精确表征形式进行温度场仿真，并与实测数据进行对比以验证温度场分布模型的精确性。采用本发明的技术方案，解决现有技术中因组织特性参数的不确定性而导致无法精确获得温度场分布的问题。

技术领域

本发明属于热消融温度场仿真技术领域，尤其涉及一种基于特性参数反馈的微波热消融温度场仿真方法。

背景技术

肝肿瘤是人类生命安全的最大威胁之一，在中国是肿瘤导致死亡的第二杀手，因此肝肿瘤的有效治疗已成为亟待解决的社会问题。微波热消融技术因微创、治疗效果显著等优点而在临床中得到了广泛应用，已成为治疗人体肝肿瘤行之有效的方法，但热消融的质量仍主要取决于临床医生的经验，缺乏客观依据。在临床手术中，肝肿瘤的热凝固区常采用54℃作为边界阈值。因此，需要热消融温度场的精确表征以提高热消融手术的科学性。

微波消融的基本原理是将微波天线经皮插入肿瘤组织内，通过微波加热使细胞蛋白凝固甚至变性，从而杀灭肿瘤细胞并且达到治疗目的。目前常用的临床微波热消融装置为恒功率微波热消融仪，例如，915MHz和2450MHz微波消融仪，其利用恒定的功率(例如，40W、50W、60W等)获得所需的热凝固效果。

现有技术中，基于电磁方程和生物传热方程的有限元仿真已成为预测微波热消融温度的有效方法，其中特性参数随温度的变化对仿真结果具有显著影响，但特性参数如何影响温度场模型仍是未知的。另外，在温度场仿真模型的常规研究中，通常无法获得模型参数随温度的实际变化，模型参数一般采用固定值或文献参考值，从而导致仿真温度的精度参差不齐。公开号为CN103800075A的专利公开了一种基于肝脏肿瘤消融术的患者特定建模的方法和系统，其在仿真过程中基于细胞坏死程度来更新至少一个组织参数，但在临床手术过程中对细胞坏死的评价以及如何调节特定参数仍存在问题；公开号为CN102008351A的专利公开了一种热消融温度场分布的获取方法，其利用温度场分布函数表征各点的温度，具有一定的便捷性，但未考虑到消融过程中的参数变化，从而不能精确地获得温度场分布。因此，温度场模型中特性参数的特异性分析和反馈研究仍是温度场仿真领域亟待解决的技术。

发明内容

针对现有技术中因组织特性参数的不确定性而导致无法精确获得温度场分布的问题，本发明提出了一种基于特性参数反馈的微波热消融温度场仿真方法，通过参数敏感性分析和单针实测反馈获得组织特性参数的精确表征形式并进而通过仿真技术获得恒功率微波热消融的精确温度场模型。现有技术中多采用线性形式表征特性参数随温度的变化，因此本发明基于线性函数来反馈组织特性参数。

应用本发明的前提是：通过COMSOL Multiphysics软件(COMSOL Inc.,Palo Alto,CA,USA)建立温度场仿真模型；利用Minitab软件(State College,PA,USA)中的因子分析(DOE)研究各特性参数(比热容(Cp)、对流交换系数(h)、电导率(Sigma)、导热率(K)和相对介电常数(Epsilon))的敏感性，从而为参数的特异性反馈提供依据；利用水冷式MWA装置(KY-2000；Kangyou Microwave Energy Sources Institute,Nanjing,China)和仿肝组织体模获得热消融实验数据以验证温度场仿真模型的精确性。