微波消融(MWA)是目前极具前景的一种肿瘤热消融技术,其原理是通过微波引起病变肿瘤组织中的极性分子发生高频振动,产生大量摩擦热使肿瘤组织升温,直至肿瘤组织发生凝固性坏死。目前,针对直径大于3cm的大肿瘤,目前的微波消融技术通常需要进行多次消融操作,这不仅增加了手术的复杂度以及术中和术后发生并发症的风险,而且消融圆度也无法得到保证。因此,为了解决这一问题,本课题致力于设计研究一种新型的带有π匹配节的非周期三缝隙天线,用于实现大肿瘤的一次性高圆度消融。本文的主要研究内容包括:(1)提出带有π匹配节的非周期三缝隙天线结构,并在COMSOL和CST Microwave Studio中建立微波消融过程的有限元数值仿真模型用于评价天线性能以及后续的参数优化。(2)采用Matlab和COMSOL联合仿真的方式,结合NSGAⅡ算法对三缝隙节进行结构参数优化,并且,提出在消融后肝脏组织中进行阻抗匹配设计的方法,利用Trust Region算法对π匹配节进行阻抗匹配设计。(3)对π匹配非周期三缝隙天线的消融性能进行仿真计算,并与周期三缝隙天线以及周期十缝隙天线的消融性能进行对比。(4)加工π匹配非周期三缝隙天线原型,并进行体外猪肝消融实验,测量温升曲线以及消融区域的大小和圆度,对天线的消融性能进行验证。研究结果表明:(1)本文提出的π匹配非周期三缝隙天线在低功率下的体外猪肝组织消融结果与仿真结果匹配,在高功率下能够实现大范围的消融区域。(2)相比周期三缝隙天线,非周期三缝隙天线所产生的消融区域圆度明显更高,消融区域的体积有所减小;相比周期十缝隙天线,π匹配非周期三缝隙天线所产生的消融区域的体积明显更大,两者圆度相近。(3)相比在消融前的肝脏组织中进行阻抗匹配设计,在消融后的肝脏组织中进行阻抗匹配设计能够在组织中沉积更多的电磁能量。