[發明專利]多頭微波消融針及消融模擬系統建立方法

有效

• 申請號: 202110661429.5
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113171171B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 蔡惠明;錢露;曹勇;張成;王銀芳;夏立楊
• 申請（專利權）人: 南京諾源醫療器械有限公司
• 主分類號: A61B18/18
• 分類號: A61B18/18;A61B34/10
• 代理公司: 南京新眾合專利代理事務所(普通合伙) 32534
• 代理人: 彭雄

1.一種多頭微波消融針的消融模擬系統建立方法，其特征在于：所述多頭微波消融針包括主針（1）、副針（2）、手柄（3）、滑動機構（4），所述主針（1）的尾部設置于手柄（3）內，其中：

所述主針（1）包括主針體（11）和主針連接頭（12），所述主針連接頭（12）一端設置在主針體（11）的尾部上，另一端設置有主針電纜連接頭、主針進水連接頭、主針出水連接頭，所述主針電纜連接頭與主針同軸電纜（121）連接，所述主針進水連接頭與主針進水管（122）連接，所述主針出水連接頭與主針出水管連接；所述主針體（11）上設置有一條以上的副針通道（111），所述副針通道（111）包括依次連通的副針出口傾斜通道（1111）和副針直通道（1112），所述副針出口傾斜通道（1111）的出口位于主針（1）的消融區域內，副針出口傾斜通道（1111）與副針直通道（1112）之間的夾角在110-170度之間，所述副針直通道（1112）上設置有副針驅動滑槽（113）；所述副針（2）設置于副針通道（111）內，且副針（2）與副針通道（111）滑動連接，所述副針（2）與副針通道（111）一一對應；

所述副針（2）包括副針體（21）和副針連接頭（22），所述副針連接頭（22）一端設置在副針體（21）的尾部上，另一端設置有副針電纜連接頭、副針進水連接頭、副針出水連接頭，所述副針電纜連接頭與副針同軸電纜（221）連接，所述副針進水連接頭與副針進水管（222）連接，所述副針出水連接頭與副針出水管連接；所述副針連接頭（22）設置有連桿固定部；

所述手柄（3）上開設有滑槽（31），所述滑槽（31）與副針驅動滑槽（113）一一對應；

所述滑動機構（4）包括滑塊（41）、連桿（42）、定位螺釘（43），所述連桿（42）一端穿過副針驅動滑槽（113）與連桿固定部固定連接，另一端與滑塊（41）固定連接；所述滑塊（41）設置于滑槽（31）上，且所述滑塊（41）與滑槽（31）滑動連接；所述滑塊（41）設置有螺紋通孔，所述定位螺釘（43）通過螺紋通孔將滑塊（41）與手柄（3）相固定；

包括以下步驟：

步驟1，凝固區確定，通過CT影像確定病灶區域，根據病灶區域確定凝固區，其中，凝固區包含病灶區及病灶區邊緣外側距離的組織；

步驟2，消融針確定

步驟21，主針及主橢球確定

提取凝固區中彼此距離最遠的兩點，記為點和點，將作為主橢球的長軸，根據主橢球的長軸確定主針插入深度和角度；在凝固區上確定主橢球中軸，其中，點、點均位于凝固區上，且，表示消融針的主針發出的微波波長，表示自然對數，表示中軸長度，取最大時的作為主橢球的中軸，取主橢球的中軸與短軸相等，進而確定了主橢球，以的中點為坐標原點，所在的直線為軸，所在的直線為軸，根據左手定則建立坐標系，進而得到主橢球的方程，其中，主橢球所包圍的區域即為主針消融區域，同時根據主針發出的微波波長確定主針工作參數；

步驟22，剩余消融區域確定

將凝固區減去消融區域得到剩余消融區域，剩余消融區域由個不連續區域組成，為自然數；

步驟23，副針及副橢球確定

將第個副針與主針的相交點記為點，，對于第個不連續區域，找到不連續區域上距離點最遠的點，記為點，連接點，確定第個副針與主針的夾角為；將與不連續區域上的相交點記為，則為第個副橢球的長軸，根據第個副橢球的長軸確定第個副針插入深度；在不連續區域上，確定第個副橢球的中軸，其中，點、點均位于凝固區上，且，表示第個副針發出的微波波長，表示自然對數，表示第個副橢球的中軸長度，取最大時的作為第個副橢球的中軸，同時取副橢球的中軸與短軸相等，進而確定了第個副橢球，進而確定第個副橢球在坐標系上的橢球方程，第個副橢球即為副針消融區域，同時根據第個副針發出的微波波長確定第個副針的工作參數；

步驟24，重復步驟22和步驟23，直至剩余消融區域小于預定閾值；

步驟25，各區域電場確定

根據主橢球方程以及副橢球方程求解得到各個方程所圍的面積之間的重疊電場區域和非重疊電場區域：

將所有電場區域組成總集合，則，表示第個針頭產生的電場區域，的大小為第個針頭所對應的橢球所圍成的區域；

對于重疊電場區域：

，，表示空集，表示取交集，，，表示針頭個數，其大小為主針加副針的個數，，，表示存在有兩個電場相交的個數，表示兩個電場相交的區域；

，，，， ，表示存在有個電場相交的個數, ，表示個電場相交的區域；

，，，，表示存在有個電場相交的個數，表示個電場相交的區域；

， ，表示個電場相交的區域中去除了個電場相交的區域后的區域，，表示個電場相交中去除了個電場相交的區域后的個數；

，，，表示個電場相交中去除了個電場相交的區域后的個數,表示個電場相交的區域中去除了個電場相交的區域后的區域；

，，，表示2個電場相交中去除了3個電場相交的區域后的個數，表示2個電場相交的區域中去除了3個電場相交的區域后的區域；

則重疊電場區域為：

將重疊電場區域進行整理后，得到重疊電場區域，，表示重疊電場區域的個數，,表示第個重疊電場區域；

對于非重疊電場區域：

，，，，，表示與第個針頭產生的電場相交的個數，表示第個針頭產生的電場與第個針頭產生的電場相交的區域；

第個針頭產生的非重疊電場區域為：

其中，表示取并集，則非重疊電場區域， 表示第個針頭產生的非重疊電場區域；

步驟3，電磁場模型

組織中的第個針頭的電場分布如下：

其中，表示拉普拉斯算子，表示溫度梯度的散度，表示第個針在位置產生的電場強度，表示第個針頭產生的電場中的任一點的位置，表示相對磁導率，表示積分常數，電介質的相對介電常數，表示自由空間波數，表示組織的電導率，表示第個針頭的微波角頻率，，表示第個針頭的微波頻率，表示真空的相對介電常數，表示位置在第個針頭的二維坐標系中軸上分量，第個針頭的直徑， 為第個針頭的微波傳播常數，為第個針頭的微波波長，表示第個針頭的傳播介質阻，表示第個針頭的微波天線中微波的平均功率抗，表示第個針頭的外徑，表示第個針頭的內徑；

在非重疊電場區域內組織中的第個針頭的電場如下：

，；表示第個針頭產生的非重疊電場區域內的點；

在重疊電場區域內組織中的電場如下：

在重疊電場區域內，存在有不同的電場的耦合情況，重疊電場區域即為電磁場耦合區域，則：

：

，；

其中，表示第個電場疊加區域內的點， 表示第個電場疊加區域中點的電場強度，表示產生第個電場疊加區域的針頭個數，表示第個電場疊加區域的第個針產生的電場強度；

步驟4，溫度場模型

微波引起組織損傷的機理是微波能量轉化為熱能生物傳熱方程：

式中，為組織密度， 為組織的比熱，為血液的比熱，為組織的導熱系數，為體內組織的溫度，表示體內組織的溫度隨時間變化率，為外部熱源在點處的加熱量，為組織新陳代謝產熱率，為血液的灌注率，為所在區域的動脈血溫，為拉普拉斯算子；

外部熱源在點處的加熱量：

其中，為生物體組織內點處的等效電導率，為生物組織內點處質量密度。