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肝肿瘤作为全球发病率和致死率较高的恶性肿瘤,一直是医学领域的研究热点。近年来肝肿瘤热消融治疗作为一种微创治疗方法,以其费用低、疗效好等特点被广泛应用于临床。但如何根据个性化的肝肿瘤病灶特征制定最佳治疗方案,是目前临床急需解决的关键问题。本课题研究肿瘤热消融治疗手术规划系统及关键技术。根据实验数据求解SAR分布,提出微波消融(MWA)中提高SAR求解精度的三个条件。在温控射频热疗(RFA)温度场仿真中,通过实验数据的计算提出一种新的电压设置方法。在长时间大功率射频消融温度场仿真中,应用Hyperbolic方程求解温度分布。研制肝肿瘤热消融手术规划系统。具体研究内容如下:1.微波消融三维SAR分布的计算。共进行75组水冷式微波热疗实验,提取实验中22个测温点的温升速率,计算求解三维SAR分布。首先,在实验数据中添加方差不等的零均值高斯噪音,研究实验中误差对仿真结果的影响;其次,根据对不同实验数据的选取,确定SAR拟合中的最佳时间段;最后,改进拟合方法,用加权最小二乘法实现SAR分布的拟合。经实验数据与仿真结果对比发现,当实验中的温度误差控制在3.5℃以内,且选取0-60s、0-70s、…、0-110s时间段的实验数据进行拟合,可以得到准确的三维SAR分布。对于SAR求解,所提出的加权最小二乘拟合法更加稳定有效。2.温控射频热疗温度场仿真关键技术的研究。共进行40组温控射频热疗实验,根据实验数据得到随温度变化的电压函数。在COMSOL中构建4个有限元仿真模型,分别应用不同生物传热方程Pennes(Pennes Bioheat Equation,PBE)和Hyperbolic(Hyperbolic Bioheat Equation,HBE);采用不同的电压设置方法,即固定电压和随温度变化的电压函数。根据实验和仿真对比验证不同生物传热方程和不同电压设置方法在温度场仿真中的有效性。仿真与实验结果的对比表明:应用随温度变化的电压函数可以提高温控射频热疗温度场仿真的精度。在应用随温度变化电压函数的仿真模型中,对比两种不同生物传热方程在求解中的区别,结果表明HBE比PBE的求解精度提高0.55℃。3.设计肝肿瘤热消融手术规划系统。基于Microsoft Visual C++实现肝肿瘤的三维可视化,通过温度场仿真,输出最佳治疗方案。本文完成了水冷式微波热疗和温控射频热疗中温度场仿真及手术规划系统的设计,结果满足临床肿瘤热疗对温度场模拟精度和速度的要求,可辅助医生进行手术方案的制定。