【摘要】：作為一種新興的熱療手段,磁流體熱療具有毒性低、產(chǎn)熱功率高、人體穿透性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。然而,由于難以準(zhǔn)確測(cè)定靶向組織的溫度及損傷程度分布,磁流體熱療尚未廣泛應(yīng)用于臨床治療,僅依靠臨床試驗(yàn)很難解決以上問題。近年來,大量的研究采用數(shù)值方法優(yōu)化磁流體熱療的治療參數(shù),它們大多數(shù)將磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)分開求解,并未建立二者之間的耦合方案。本文旨在利用有限元方法解決磁流體熱療數(shù)值模擬中的多場(chǎng)耦合問題,同時(shí)開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)提供數(shù)值結(jié)果的驗(yàn)證依據(jù)。本文以人體腹部區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象建立了簡(jiǎn)化的三維模型,采用復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率求解納米顆粒磁化過程中的弛豫損耗,實(shí)現(xiàn)了溫度場(chǎng)、磁場(chǎng)和擴(kuò)散場(chǎng)的多場(chǎng)耦合。本文利用受損組織積分分析得到不同治療條件下不同半徑、位置腫瘤的最佳治療時(shí)間,并結(jié)合單因素和多因素分析得到優(yōu)選的治療參數(shù)及治療組合。結(jié)果表明:優(yōu)選的磁場(chǎng)條件是3~11kA/m和200~500kHz,優(yōu)選的磁流體參數(shù)是8~10nm和5%~10%,推薦的治療組合是較高的磁場(chǎng)強(qiáng)度和較低的磁場(chǎng)頻率,更大的粒徑和更高的顆粒濃度。本文利用可靠的多場(chǎng)耦合方法數(shù)值分析了典型磁場(chǎng)發(fā)生裝置的熱療效果,研究得出最佳治療時(shí)間與線圈安匝數(shù)的關(guān)系曲線,并提出了優(yōu)選的線圈參數(shù)。研究得出:電磁鐵磁場(chǎng)發(fā)生裝置適用的線圈安匝數(shù)范圍是450~2160A,優(yōu)選的安匝數(shù)范圍是1500~2160A;螺線管磁場(chǎng)發(fā)生裝置適用的安匝數(shù)范圍是1300~6500A,優(yōu)選的范圍是3000~5000A;新型磁場(chǎng)發(fā)生裝置適用的安匝數(shù)范圍是1440~4500A,優(yōu)選的范圍是2160~3600A。本文設(shè)計(jì)了磁流體熱療的離體組織實(shí)驗(yàn),通過比對(duì)數(shù)值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了多場(chǎng)耦合方法的有效性,并測(cè)試了磁場(chǎng)參數(shù)和磁流體參數(shù)對(duì)磁流體及組織溫升速率的影響。結(jié)果表明:磁流體于試管和離體組織內(nèi)加熱的數(shù)值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相對(duì)誤差不超過10%;磁場(chǎng)參數(shù)對(duì)組織溫升速率的影響明顯大于磁流體參數(shù)和顆粒劑量;磁流體中心的穩(wěn)態(tài)溫度隨顆粒濃度增加呈現(xiàn)非單調(diào)性變化,當(dāng)顆粒體積濃度為3%,溫度達(dá)到最大值;組織直徑和高度均增加1cm,磁流體中心的穩(wěn)態(tài)溫度降低6~7℃。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：R454.5;TB115;O441.2
【圖文】：

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文射量，將磁流體通過動(dòng)脈或靜脈注射、直接注射等方法靶向地導(dǎo)入腫瘤組織；者的靶向治療區(qū)域置于外交變磁場(chǎng)環(huán)境中；（3）選擇合適的治療參數(shù)并完成治參數(shù)包括磁場(chǎng)參數(shù)和治療時(shí)間。作為一種新興的熱療方法，MFH 解決了傳統(tǒng)在深層腫瘤、形狀不規(guī)則的腫瘤和靠近重要臟器的腫瘤中的治療短板，極大地瘤熱療的安全性和靶向性[18-22]。

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文圖 1-2 所示[65]。該裝置主要由諧振電路和鐵氧體磁軛組成，諧振電路可在兩個(gè)磁極之間的孔隙（治療空間）中產(chǎn)生均勻的交變磁場(chǎng)，孔隙高度可在 21cm 至 45cm 范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)，但實(shí)際治療可實(shí)現(xiàn)的最大高度為 32cm。此外，可滑動(dòng)的加熱床可以允許患者容易地出入加熱孔隙，且身體的任何部位都可以被暴露于交變磁場(chǎng)環(huán)境。原則上來說，該裝置可用于人體任意部位半徑 5 厘米腫瘤的磁流體熱療。磁流體熱療期間，可以連續(xù)調(diào)節(jié)線圈電流以調(diào)節(jié)交變磁場(chǎng)強(qiáng)度，進(jìn)一步地通過調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度控制納米顆粒的產(chǎn)熱功率。另一方面，該裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)頻率為 100kHz 左右，在直徑 20cm 高度 30cm 的圓柱形治療區(qū)域內(nèi)，磁場(chǎng)強(qiáng)度高達(dá) 18kA/m，且治療區(qū)域的磁場(chǎng)均勻度高達(dá) 90%以上。

. D. Barba 等提出的螺線管磁場(chǎng)發(fā)生系ram of the solenoid magnetic field geneBarba et al]于 2012 年提出一種多繞組磁場(chǎng)發(fā)勻分布的線圈組成，所有線圈都圈通入高頻交流電流，數(shù)值分析

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2800930