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微波热凝固(消融)治疗已应用于临床,其主要原理是利用微波能量使肿瘤细胞的蛋白质达到其凝固温度使其致死。该治疗方法疗效显著,但受到人体热环境复杂等方面的影响,目前对微波天线热场温度分布的研究还不够深入和完善。为此,本文在前期研究的基础上,进一步研究了2450MHz微波天线的温度场分布。
本文以2450MHz水冷式微波天线为研究对象,以前人的模拟结果为基础,寻找了目前模拟结果与实测值的差异,并通过模拟的方式研究了组织比热及热传导率对温度场分布的影响,证明热传导率变化对温度场的影响大于比热变化带来的影响。作为衡量微波能量对组织加热效果最重要的指标,比吸收率SAR的测量也是本文的一个研究重点。根据SAR测量原理及相应的实验条件,设计了适合在离体猪肝中测量SAR的实验系统和实验模具,并通过20例离体猪肝实验获得了大量的温度数据。在对数据进行处理后,通过数据拟合的方式分别得到了该天线的前向及后向SAR分布公式并使用它们进行了温度场的模拟。通过理论分析和实验研究发现:温度场模拟值与实测值的差异主要受水蒸发的影响。水蒸发的直接影响在于水分汽化使组织对能量的吸收大大加强,通过在模拟过程中引入焓值,该影响可在模拟中得以实现。水蒸发的间接影响导致了组织炭化的发生,进而阻碍了微波能量的吸收与传导,该问题也通过引入并计算高温SAR的方法在模拟中实现。模拟结果表明:这些改进使温度场模拟的准确性得到了明显的提高,达到了临床应用的要求,同时,该问题的解决也为温度场模拟提供了一个新的思路。根据上述改进的温度场模拟方法,以加热10分钟的温度场为数据源,提取各个时间段凝固区边界的坐标值建立了温度场数据库,为微波热疗手术规划系统的建立打下了基础。