本文關鍵詞：腫瘤熱消融治療手術規(guī)劃系統(tǒng)及關鍵技術研究

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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)學領域的研究熱點。近年來肝腫瘤熱消融治療作為一種微創(chuàng)治療方法,以其費用低、療效好等特點被廣泛應用于臨床。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鍵問題。本課題研究腫瘤熱消融治療手術規(guī)劃系統(tǒng)及關鍵技術。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置方法。在長時間大功率射頻消融溫度場仿真中,應用Hyperbolic方程求解溫度分布。研制肝腫瘤熱消融手術規(guī)劃系統(tǒng)。具體研究內容如下:1.微波消融三維SAR分布的計算。共進行75組水冷式微波熱療實驗,提取實驗中22個測溫點的溫升速率,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,改進擬合方法,用加權最小二乘法實現(xiàn)SAR分布的擬合。經實驗數(shù)據(jù)與仿真結果對比發(fā)現(xiàn),當實驗中的溫度誤差控制在3.5℃以內,且選取0-60s、0-70s、…、0-110s時間段的實驗數(shù)據(jù)進行擬合,可以得到準確的三維SAR分布。對于SAR求解,所提出的加權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鍵技術的研究。共進行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中構建4個有限元仿真模型,分別應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置方法在溫度場仿真中的有效性。仿真與實驗結果的對比表明:應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,結果表明HBE比PBE的求解精度提高0.55℃。3.設計肝腫瘤熱消融手術規(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規(guī)劃系統(tǒng)的設計,結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)生進行手術方案的制定。
【關鍵詞】：肝腫瘤 射頻消融 微波消融 溫度場仿真 手術規(guī)劃
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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模擬11-12
• 1.1.4 熱消融手術規(guī)劃系統(tǒng)12-13
• 1.2 本課題國內外研究現(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 熱消融手術規(guī)劃系統(tǒng)14-15
• 1.2.4 本文結構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 溫度場模擬結果對比分析41-42
• 4.2 隨溫度變化的電壓擬合曲線及應用研究42-44
• 4.2.1 溫控射頻消融及其電壓設定42-43
• 4.2.2 隨溫度變化的電壓擬合曲線43-44
• 4.2.3 應用不同電壓設置方法的溫度場模擬結果對比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 基于不同電壓設置方法的溫度場仿真精度對比51-54
• 4.4 本章小結54-56
• 第5章 肝腫瘤熱消融手術規(guī)劃原型系統(tǒng)的設計56-68
• 5.1 概述56-62
• 5.1.1 系統(tǒng)設計環(huán)境56
• 5.1.2 系統(tǒng)結構56-57
• 5.1.3 系統(tǒng)工作流程57-62
• 5.2 肝腫瘤熱消融手術規(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66-68
• 結論與展望68-70
• 參考文獻70-76
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學術論文76-78
• 致謝78-79

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本文編號：921487