微波消融是治疗肿瘤的主要方法之一,其具有使用方便、可靠性高、成本低等特点,在临床上得到广泛的应用。微波消融技术存在部分问题:微波为近场辐射,辐射能量集中导致局部升温快,短时间内造成辐射器附近组织炭化,炭化组织形成热阻影响传热和降低微波辐射效率,同时炭化组织附着辐射器表面不利于术后退针;微波天线自发热严重,容易烧伤针道附近正常组织。为解决以上问题,微波消融探针内设计内冷却管路,本文对气冷微波消融热场进行研究,分别讨论气冷对降低天线温度、组织炭化和对消融区域的影响。本文主要研究内容如下:1.应用COMSOL仿真软件建立气冷微波消融模型,分别对无冷却、2MPa、3MPa、4MPa氮气输气压力的气冷微波消融过程进行仿真研究。该模型主要特点是将电磁场和生物传热的多物理场进行耦合计算,同时二维轴对称模型结构简化了模型计算量。比吸收率分析表明,微波天线开缝处为温度最高点;受损组织分析表明,施加气冷载荷后径向消融区域无减少,轴向针道区域消融范围减小40%;炭化组织分析,将170℃作为炭化温度指标,气冷覆盖区域外对减小炭化无影响;温度分析表明,施加气冷后探针表面最高点温度最大降幅63.3%,组织内部温度差异不超过1℃。仿真研究对实验研究中测温区域、受损组织分析、炭化组织分析提供了指导。2.设计并制造了微波仪、气冷微波消融探针,并搭建了气冷微波试验台。微波仪输出2450MHz的微波信号,输出功率0~100W可调。微波消融探针具有较好的气密性,同时在内部天线表面焊接热电偶,实现内部测温。3.搭建了气冷微波实验台,分别在无冷却、2MPa、3MPa、4MPa氮气输气压力下对离体猪肝进行了消融实验。温度分析表明,施加气冷后探针表明最高温最大降幅70.3%,正常组织附近天线温度控制在受损温度下;受损组织分析表明,气冷不会减小消融尺寸,组织炭化得到改善。实验对模拟结果进行了验证和补充,肯定了气冷对微波消融热场的改善效果。