本文關(guān)鍵詞：腫瘤熱消融治療手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：肝腫瘤作為全球發(fā)病率和致死率較高的惡性腫瘤,一直是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近年來肝腫瘤熱消融治療作為一種微創(chuàng)治療方法,以其費(fèi)用低、療效好等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于臨床。但如何根據(jù)個性化的肝腫瘤病灶特征制定最佳治療方案,是目前臨床急需解決的關(guān)鍵問題。本課題研究腫瘤熱消融治療手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)求解SAR分布,提出微波消融(MWA)中提高SAR求解精度的三個條件。在溫控射頻熱療(RFA)溫度場仿真中,通過實驗數(shù)據(jù)的計算提出一種新的電壓設(shè)置方法。在長時間大功率射頻消融溫度場仿真中,應(yīng)用Hyperbolic方程求解溫度分布。研制肝腫瘤熱消融手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)。具體研究內(nèi)容如下:1.微波消融三維SAR分布的計算。共進(jìn)行75組水冷式微波熱療實驗,提取實驗中22個測溫點(diǎn)的溫升速率,計算求解三維SAR分布。首先,在實驗數(shù)據(jù)中添加方差不等的零均值高斯噪音,研究實驗中誤差對仿真結(jié)果的影響;其次,根據(jù)對不同實驗數(shù)據(jù)的選取,確定SAR擬合中的最佳時間段;最后,改進(jìn)擬合方法,用加權(quán)最小二乘法實現(xiàn)SAR分布的擬合。經(jīng)實驗數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果對比發(fā)現(xiàn),當(dāng)實驗中的溫度誤差控制在3.5℃以內(nèi),且選取0-60s、0-70s、…、0-110s時間段的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,可以得到準(zhǔn)確的三維SAR分布。對于SAR求解,所提出的加權(quán)最小二乘擬合法更加穩(wěn)定有效。2.溫控射頻熱療溫度場仿真關(guān)鍵技術(shù)的研究。共進(jìn)行40組溫控射頻熱療實驗,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得到隨溫度變化的電壓函數(shù)。在COMSOL中構(gòu)建4個有限元仿真模型,分別應(yīng)用不同生物傳熱方程Pennes(Pennes Bioheat Equation,PBE)和Hyperbolic(Hyperbolic Bioheat Equation,HBE);采用不同的電壓設(shè)置方法,即固定電壓和隨溫度變化的電壓函數(shù)。根據(jù)實驗和仿真對比驗證不同生物傳熱方程和不同電壓設(shè)置方法在溫度場仿真中的有效性。仿真與實驗結(jié)果的對比表明:應(yīng)用隨溫度變化的電壓函數(shù)可以提高溫控射頻熱療溫度場仿真的精度。在應(yīng)用隨溫度變化電壓函數(shù)的仿真模型中,對比兩種不同生物傳熱方程在求解中的區(qū)別,結(jié)果表明HBE比PBE的求解精度提高0.55℃。3.設(shè)計肝腫瘤熱消融手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)�；贛icrosoft Visual C++實現(xiàn)肝腫瘤的三維可視化,通過溫度場仿真,輸出最佳治療方案。本文完成了水冷式微波熱療和溫控射頻熱療中溫度場仿真及手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)的設(shè)計,結(jié)果滿足臨床腫瘤熱療對溫度場模擬精度和速度的要求,可輔助醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)方案的制定。
【關(guān)鍵詞】：肝腫瘤 射頻消融 微波消融 溫度場仿真 手術(shù)規(guī)劃
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R735.7
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 研究背景與意義10-13
• 1.1.1 肝腫瘤的危害及其治療方法10
• 1.1.2 肝腫瘤熱消融治療原理10-11
• 1.1.3 熱消融溫度場計算機(jī)模擬11-12
• 1.1.4 熱消融手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)12-13
• 1.2 本課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 微波消融溫度場仿真13
• 1.2.2 射頻消融溫度場仿真13-14
• 1.2.3 熱消融手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)14-15
• 1.2.4 本文結(jié)構(gòu)15-16
• 第2章 熱消融溫度場模擬16-22
• 2.1 生物傳熱基本原理及計算方法16-18
• 2.1.1 Pennes生物傳熱方程16
• 2.1.2 Hyperbolic生物傳熱方程16-17
• 2.1.3 模型求解方法17-18
• 2.2 COMSOL Multiphysics仿真軟件18-21
• 2.2.1 COMSOL Multiphysics軟件介紹18
• 2.2.2 肝腫瘤射頻消融多物理場耦合原理18-19
• 2.2.3 熱消融溫度場仿真流程19-21
• 2.3 本章小結(jié)21-22
• 第3章 微波消融溫度場模擬中SAR分布的擬合22-38
• 3.1 微波消融比吸收率SAR的實驗檢測22-27
• 3.1.1 SAR檢測實驗平臺22-24
• 3.1.2 實驗原理24-26
• 3.1.3 實驗方法及步驟26
• 3.1.4 實驗結(jié)果及分析26-27
• 3.2 微波熱療SAR分布的影響因素27-34
• 3.2.1 SAR的計算方法28
• 3.2.2 微波熱療實驗測量誤差的定量計算28-31
• 3.2.3 SAR擬合的最佳時間31-33
• 3.2.4 SAR分布的優(yōu)化擬合33-34
• 3.3 SAR擬合的實驗驗證34-37
• 3.3.1 最佳SAR擬合結(jié)果34-36
• 3.3.2 對比驗證溫度場仿真精度36-37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 第4章 射頻消融溫度場模擬研究38-56
• 4.1 射頻消融溫度場模擬38-42
• 4.1.1 基于Pennes生物傳熱方程的溫度場仿真38-40
• 4.1.2 基于Hyperbolic方程的溫度場仿真40-41
• 4.1.3 溫度場模擬結(jié)果對比分析41-42
• 4.2 隨溫度變化的電壓擬合曲線及應(yīng)用研究42-44
• 4.2.1 溫控射頻消融及其電壓設(shè)定42-43
• 4.2.2 隨溫度變化的電壓擬合曲線43-44
• 4.2.3 應(yīng)用不同電壓設(shè)置方法的溫度場模擬結(jié)果對比44
• 4.3 射頻消融溫度場模擬精度的實驗檢測44-54
• 4.3.1 實驗平臺44-46
• 4.3.2 實驗方法及步驟46-47
• 4.3.3 實驗結(jié)果47-48
• 4.3.4 基于不同生物傳熱方程的溫度場仿真精度對比48-51
• 4.3.5 基于不同電壓設(shè)置方法的溫度場仿真精度對比51-54
• 4.4 本章小結(jié)54-56
• 第5章 肝腫瘤熱消融手術(shù)規(guī)劃原型系統(tǒng)的設(shè)計56-68
• 5.1 概述56-62
• 5.1.1 系統(tǒng)設(shè)計環(huán)境56
• 5.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)56-57
• 5.1.3 系統(tǒng)工作流程57-62
• 5.2 肝腫瘤熱消融手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)實現(xiàn)62-66
• 5.2.1 基于Amira的肝腫瘤三維重建62-64
• 5.2.2 模型匹配算法介紹64-65
• 5.2.3 系統(tǒng)驗證65-66
• 5.3 本章小結(jié)66-68
• 結(jié)論與展望68-70
• 參考文獻(xiàn)70-76
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文76-78
• 致謝78-79

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本文編號：921487