[發(fā)明專利]基于溫度的微波消融過程中約化散射系數(shù)2D/3D動態(tài)仿真方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110386920.1
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113288413B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 錢志余;晉曉飛;馮宇;朱柔君;俞欽棟;鄒止寒;趙金哲;董瑞
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: A61B18/18
• 分類號: A61B18/18
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳國強

1.一種基于溫度的微波消融過程中約化散射系數(shù)2D/3D動態(tài)仿真方法的裝置，其特征在于，

包括：微波消融約化散射系數(shù)μ′_s和溫度T同步實時采集系統(tǒng)包括：微波消融模塊、參數(shù)采集模塊和數(shù)據(jù)儲存模塊；

所述微波消融模塊包括微波源(5)和消融針(7)；所述參數(shù)采集模塊包括約化散射系數(shù)和溫度組合測量探針(6)、光纖光譜儀(3)和光源(4)；所述數(shù)據(jù)儲存模塊包括主控板(2)和PC機(1)；所述約化散射系數(shù)和溫度組合測量探針(6)電連接光纖光譜儀(3)、光源(4)和主控板(2)，所述消融針(7)電連接微波源(5)，所述微波源(5)電連接主控板(2)，所述主控板(2)和光纖光譜儀(3)電連接PC機(1)；所述約化散射系數(shù)和溫度組合測量探針(6)和消融針(7)平行設(shè)置；

所述微波源(5)為2450MHZ微波源，所述消融針(7)為KY-2450-B1微波消融針，所述光纖光譜儀(3)為FX2000光纖光譜儀，所述光源(4)為HL2000鹵素光源；

在微波消融術(shù)前實現(xiàn)消融過程中組織約化散射系數(shù)2D/3D動態(tài)變化仿真，包括以下步驟：

S1、搭建微波消融約化散射系數(shù)μ′_s和溫度T同步實時采集系統(tǒng)，獲得不同消融劑量下多組μ′_s和T同步變化數(shù)據(jù)，建立μ′_s-T相關(guān)模型，獲得μ′_s-T相關(guān)方程；

步驟S1中，不同消融劑量指在消融數(shù)據(jù)獲取過程中，消融功率從50W-100W中選擇，消融時間從0-10min中選擇；組合測量探針與微波消融針之間的距離從0.2cm-1.5cm中選擇；任意搭配消融功率、時間和距離，在開始消融的同時啟動參數(shù)采集模塊；

步驟S1中，對同步采集的每一組μ′_s和T數(shù)據(jù)，進行多項式擬合，得到每一組μ′_s和T數(shù)據(jù)的關(guān)系方程及其決定系數(shù)，從而建立μ′_s-T相關(guān)模型，獲得μ′_s-T相關(guān)方程：

參與擬合的實驗組數(shù)為k，k組實驗獲得k個μ′_s-T關(guān)系方程及k個決定系數(shù)，關(guān)系方程記做y_n(n＝1，2，3，...k)，其中：y_n為第n組實驗獲得的第n個μ′_s-T關(guān)系方程，決定系數(shù)記做其中：為第n組實驗獲得的第n個關(guān)系方程的決定系數(shù)，且

第n個方程的權(quán)重w_n計算公式如下：

每一組實驗數(shù)據(jù)的μ′_s-T關(guān)系方程及其決定系數(shù)R²用多項式擬合的方法得到，擬合結(jié)果表明μ′_s與T在四階多項式擬合上具有相對最高的擬合優(yōu)度，R²更接近1，即μ′_s與T擬合出如下的方程：

y＝ax⁴+bx³+cx²+dx+e

其中：x為T，y為μ′_s，a、b、c、d、e為常數(shù)；

μ′_s-T關(guān)系模型Y計算公式如下：

Y＝y(tǒng)_nw_n(n＝1，2，3......k)

代入k組實驗獲得的k個三階關(guān)系方程和權(quán)重，即得到最終的μ′_s-T關(guān)系模型方程；

S2、構(gòu)建微波消融溫度場仿真幾何模型，設(shè)定邊界條件和仿真參數(shù)，設(shè)置消融參數(shù)獲得微波消融過程中溫度的2D/3D動態(tài)場；

步驟S2中，微波消融過程中的溫度變化仿真模型利用Comsol Multiphysics多物理場耦合軟件實現(xiàn)，包括消融針和組織的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計、邊界條件設(shè)定、組織介電特性參數(shù)和熱物性參數(shù)設(shè)置；

步驟S2中，仿真幾何模型分為微波消融針幾何模型和肝組織幾何模型兩部分；微波消融針幾何模型以臨床應(yīng)用的KY-2450-B1微波消融針的結(jié)構(gòu)為原型構(gòu)建；

步驟S2中，生物組織熱傳導(dǎo)邊界條件設(shè)定如下：肝組織設(shè)定為恒溫邊界，即此處溫度始終與室溫T₀＝293.15K或體溫T₀＝310.15K相等；絕緣介質(zhì)外邊界和針體含有水冷卻部分的邊界設(shè)置為恒溫邊界，即T₀＝293.15K；

步驟S2中，仿真參數(shù)包括肝組織的介電特性參數(shù)和熱物性參數(shù)，介電特性參數(shù)包括介電常數(shù)ε_r和電導(dǎo)率σ，熱物性參數(shù)包括密度ρ、比熱容C、熱導(dǎo)率k；

S3、在獲得微波消融過程中的溫度2D/3D仿真分布后，將μ′_s-T相關(guān)方程代入溫度變化仿真模型中，即獲得微波消融過程中μ′_s的2D/3D動態(tài)變化。