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热疗作为治疗肿瘤的第四大疗法,已引起国内外学者及医疗界的普遍重视。为了获得最佳的适形治疗效果,确定热疗温度场的变化规律是非常必要的。计算机模拟可以方便、快速地提供消融热场的特征。
本文采用有限元数值模拟方法研究水冷却微波天线热消融温度场。包括:⑴体模中微波热疗温度场的研究。通过施加对流换热系数来模拟天线中的水冷效应,早期实验测得的Special Absorption Rate(SAR)作为微波热计量。⑵双天线组合温度场的研究。通过改变天线的不同间距、加热时间获得最佳温度场并避免组织炭化。⑶分叉血管周围温度场的研究。采用流固共轭传热的方法研究典型分叉血管周围的温度分布,并提出临床微波热疗阻断血管的判定条件。数值结果表明:①单天线凝固区呈椭圆形,最高温度出现在微波天线的前向,与无水冷天线比较,最高温度降低23℃。冷却水的流速对凝固区的形态、大小影响甚微。②组合天线研究中,凝固区形状受天线间距影响,随间距增大而逐渐变为蝶形。天线间距2.0 cm可获得最大的凝固体积为31.97 cm3,体积较单天线热疗凝固区增长42.9%,此时凝固区为椭球形。③分叉血管研究中,当加热时间为300 s,天线与血管距离D<20 mm时,热场形态受血液流动影响而变化明显,有效温度场仅在靠近分支血管一侧,且温度梯度变化剧烈。当加热时间为300 s,D>20 mm时,血液循环对微波凝固区的形态基本无影响。