[发明专利]一种恒功率微波消融中SAR的精确表征方法

说明书

本发明公开一种恒功率微波消融中SAR的精确表征方法，包括：利用水冷式MWA装置KY‑2000和离体猪肝进行热消融实验，测定SAR分布；在COMSOL软件中利用SAR分布函数和Pennes传热方程建立MWA仿真模型；通过Minitab中的因子分析来研究模型参数的敏感性，获得SAR的特异性反馈点；根据反馈点的实测温度和仿真温度对比结果获得SAR的反馈函数并进行温度场仿真以验证该方法的可行性。采用本发明的技术方案，解决现有技术中SAR因电磁特性参数的变化而无法精确获得的问题。

技术领域

本发明属于微波消融温度场仿真技术领域，尤其涉及一种恒功率微波消融中比吸收率(Specific absorption rate，SAR)的精确表征方法。

背景技术

近年来，微波消融(Microwave Ablation，MWA)已成为临床治疗肝肿瘤的有效电磁消融模式，其优势在于较小的创伤性、较快的加热速率、较高的局部温度、较大的消融体积和较短的治疗时间。然而目前MWA手术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，在肝肿瘤的治疗过程中需要热消融温度场的精确表征以提高MWA手术的科学性。

随着计算机建模技术的不断发展，基于电磁方程和传热方程的有限元仿真已成为预测MWA温度分布的有效方法。然而，在仿真过程中，组织电磁特性和热物性参数随温度的变化可显著地影响预测精度，如何精确地表征组织特性参数是温度场仿真中亟待解决的问题。在恒功率MWA过程中，加热初期(＜10s)组织特性参数变化较小，SAR可被视为固定值，这种特点可为MWA提供简化高效的仿真模式。SAR为组织电磁特性参数的综合效应，因此基于SAR的有限元仿真可省去复杂的、计算密集型的电磁仿真过程。

近年来大量研究已尝试利用SAR技术获得MWA的温度分布，首先通过离体实验测定SAR分布，然后基于生物传热方程获得热消融温度场。现有技术中的SAR分布函数采用经验公式或半经验公式，然而均未考虑SAR随温度的变化，从而导致极高的仿真中心温度。公开号为CN103800075A的专利公开了一种影像引导消融治疗手术规划装置，其中基于半经验公式计算出SAR并基于SAR进行温度场仿真，但未考虑SAR随温度的变化。然而在实际消融过程中，当组织温度上升至70-100℃范围时，SAR将因电特性参数的变化而迅速降低。因此，尽管SAR建模获得了大量关注，但温度分布预测的精度仍无法达到临床需要。如何精确地获得SAR随温度的变化仍是温度场仿真领域中值得重点关注的难题。

发明内容

本发明旨在提出一种恒功率微波消融中SAR的精确表征方法，以便精确地预测微波消融中的温度分布，由此为临床微波消融手术提供可靠的参考依据。

应用本发明的前提是：利用2450MHz水冷式MWA装置(KY-2000；Kangyou MicrowaveEnergy Sources Institute，Nanjing，China)和离体猪肝进行热消融实验，以测定SAR分布；在COMSOL软件(COMSOL Inc.，Palo Alto，CA，USA)中利用SAR分布函数和Pennes传热方程建立MWA仿真模型。

本发明采取的技术方案是：首先利用水冷式MWA装置和离体猪肝进行热消融实验，测定SAR分布；在COMSOL软件中利用SAR分布函数和Pennes传热方程建立MWA仿真模型；通过Minitab(State College，PA，USA)中的因子分析来研究模型参数的敏感性，获得SAR的特异性反馈点；根据反馈点的实测温度和仿真温度对比结果获得SAR的反馈函数并进行温度场仿真以验证该方法的可行性。

一种恒功率微波消融中SAR的精确表征方法，包括如下步骤：

步骤1，利用水冷式MWA装置和离体猪肝进行微波热消融实验，测定SAR 分布，消融时间取360秒；

步骤1.1，利用KY-2000微波消融仪对离体猪肝进行20次热消融实验，获得测温点的平均实测温度，并进而获得各个点的温升斜率；