[發明專利]一種基于單針實測的生物組織特性參數表征方法

在審

• 申請號: 201710719730.0
• 申請日: 2017-08-21
• 公開（公告）號: CN107578820A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 吳水才;王笑茹;夏秋實;高宏建;周著黃
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G16H50/50
• 分類號: G16H50/50;G06F17/50
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 張慧

1.一種基于單針實測的生物組織特性參數精確表征方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，通過射頻熱消融實驗，得到功率分布函數；

步驟2，在COMSOL Multiphysics軟件中設置預設初始條件和邊界條件，建立射頻溫度場仿真模型；

步驟3，對生物組織特性參數進行敏感性分析；

步驟4，基于參數敏感性分析結果，利用單針實測數據獲得敏感性參數的精確表征函數；

步驟5，利用獲得的特性參數的精確表征函數進行溫度場仿真，并與實測數據進行對比以驗證溫度場分布模型的精確性。

2.如權利要求1所述的基于單針實測的生物組織特性參數精確表征方法，其特征在于，步驟1具體為通過RFA-I消融儀傘形電極和仿肝組織體模進行熱消融實驗，消融時間為6分鐘，中心電極恒定溫度為90℃，溫升速率為30℃/分鐘，其包括以下步驟：

步驟1.1，在熱消融實驗中，對消融區的七個點進行實測，獲得實測溫度，選取P1點作為反饋點，利用1-6點實測溫度與仿真溫度進行對比，驗證仿真模型的可靠性；

步驟1.2，導出熱消融期間的功率數據，利用擬合軟件1stOpt(7D-Soft High Technology Inc.,Beijing,China)對功率數據進行擬合，獲得功率P隨時間t的變化函數P(t)。

3.如權利要求2所述的基于單針實測的生物組織特性參數精確表征方法，其特征在于，步驟2具體為在COMSOL Multiphysics軟件中，建立幾何模型，設置物理參數，定義邊界條件和初始條件，利用麥克斯韋電磁方程和Pennes傳熱方程獲得溫度場仿真模型，其中，V表示電壓源，由功率公式可知其中，R為組織的等效電阻值。

4.如權利要求3所述的基于單針實測的生物組織特性參數精確表征方法，其特征在于，步驟3具體為對生物組織特性參數進行敏感性分析；在Minitab軟件中通過DOE設計32組實驗安排，并對32組實驗在Comsol軟件中進行仿真，采用基于方差分析理論的方法獲得各特性參數的貢獻率SS％，其包括以下步驟：

步驟3.1，確定生物組織特性參數范圍，并在Minitab軟件中通過DOE設計有關特性參數的32組實驗，分別在Comsol軟件中進行仿真；

步驟3.2，為了研究特性參數對溫度分布的影響，選取包括遠場點(15mm,0mm)和近場點(5mm,0mm)的多個點進行敏感性分析，根據方差分析理論的方法獲得各特性參數的貢獻率SS％。

5.如權利要求4所述的基于單針實測的生物組織特性參數精確表征方法，其特征在于，步驟4具體為根據特性參數敏感性分析結果，利用反饋針實測結果獲得特性參數的精確表征形式；首先反饋電阻和電導率參數；然后基于電阻和電導率的反饋表達式，在熱消融0至100 秒時間內對比熱容進行反饋，其包括以下步驟：

步驟4.1，在熱消融300秒至360秒時間段，對電阻和電導率進行反饋調節，在溫度場仿真模型中，調節R和σ＝σ₀+aT的數值，計算反饋點的仿真溫度(T_S)與實測溫度(T_M)之間的溫度絕對差值|T_M-T_S|，取|T_M-T_S|在300秒至360秒時間段內各個時間采樣點的和，通過1stOpt軟件擬合獲得與R、σ₀和a之間的函數關系最小化獲得最優的組織等效電阻R＝11.06(Ω)和σ的反饋函數為：

步驟4.2，基于電阻和電導率的反饋表征函數，對比熱容進行反饋調節，在0至100秒內基于R和σ的反饋函數對比熱容進行反饋調節，調節C_p＝Cp₀+kT的數值，計算反饋點的仿真溫度T_S與實測溫度T_M之間的溫度差值取|T_M-T_S|在0秒到100秒時間段內各個時間采樣點的和，通過1stOpt軟件擬合獲得函數表達式，最小化獲得Cp的反饋函數為：

步驟4.3，在COMSOL中利用上述獲得的特性參數的反饋函數進行溫度場建模，獲得1-6點的仿真值。

6.如權利要求5所述的基于單針實測的生物組織特性參數精確表征方法，其特征在于，

步驟5，利用1-6點的實測溫度數據驗證電壓源和溫度場分布模型的精確性，為了顯示仿真值與實測值之間的誤差，分別計算最大誤差(α)、平均誤差(β)和標準偏差(δ)，其中，

其中，i表示時間采樣點的序號，n表示時間采樣點的總數，T_i^S為第i采樣點的仿真溫度，T_i^M為第i采樣點的實測溫度。