学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

前列腺增生微波热疗法的数值研究

作　者: 张华松
导　师: 顾平道
学　校: 东华大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 前列腺增生微波热疗数值研究方案优化
分类号: R697.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 27次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

前列腺增生一直是困扰中老年最常见的泌尿疾病之一,随着微波技术的发展,微波热疗前列腺增生技术已经成为医疗领域研究的热点问题。临床上,微波热疗要达到的目标：(1)将足够的物理能量定向地输送到病灶组织,并达到有效的杀灭温度。(2)治疗过程尽可能不损伤周边正常组织,不造成体表灼伤或其他意外伤害。本文以此为目的,借助电磁场理论和生物传热学知识,通过建立数学物理模型,对前列腺增生微波热疗法进行了数值研究。在理论研究方面,本文首先分析了电磁场近场区、远场区的分布特点及计算方法。其次,以玻印廷矢量和麦克斯韦方程为基础,推导了电磁辐射作用下人体组织内比吸收率SAR的近似表达式。在数值模拟方面,本文针对WR-腔内型微波治疗仪治疗前列腺增生的具体过程,利用COMSOL Multiphysics软件进行数学物理建模,分析了热疗过程中前列腺组织内温度分布和电磁能量分布特点。模拟结果表明,微波能量集中分布在微波发射处附近,且沿径向的衰减明显要比轴向快。同时,靠近天线缝隙处前列腺组织温度较高,且相对于缝隙中间基本呈对称分布,与微波能量SAR分布恰好一致。随后,本文依次讨论了微波输出功率、冷却水温度、血液灌注率、对流换热系数等因素对前列腺组织温度场的影响。结果表明,这些参数不仅影响前列腺组织峰值温度的大小,还会改变峰值温度点的位置。同时还可以看出,血液灌注率的不同,还直接影响微波热疗过程温度场趋于稳定的时间。最后,本文采用正交试验法依次对不同血液灌注率的三类前列腺增生患者进行讨论,从而确定各自所需的最佳热疗方案。以微波输出功率P、冷却水温度Tf、对流换热系数h为影响因素,P取35W,45W,55W三个水平,Tf取10℃,15℃,20℃三个水平,h取50W/(m2·℃),150W/(m2·℃),257W/(m2·℃)三个水平,以尿道壁受伤程度和前列腺组织内热透深度作为评价热疗效果的指标。结果表明,当血液灌注率为10mL/min/100g时,最佳热疗参数组合：P=55W, Tf=10℃,h=257W/(m2·℃),尿道壁没有损伤,热透深为9.7mm；当血液灌注率为30mL/min/100g时,最佳热疗参数组合：P=55W, Tf=10℃,h=257W/(m2·℃)时,尿道壁没有损伤,热透深为9.3mm；当血液灌注率为60mL/min/100g时,最佳热疗参数组合：P=55W, Tf=15℃,h=257W/(m2·℃),尿道壁没有损伤,热透深为6.6mm。通过对前列腺增生微波热疗法的数值研究,成功地实现了微波热疗中温度场、电场、磁场和SAR的预示,对热疗方案的设计有重要的指导意义。同时,不同的前列腺增生患者病情严重程度往往不同。因此,在下一步工作中,应着重于治疗深度的不同要求做进一步的讨论,从而更有针对性地确定热疗参数。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第1章绪论  12-19
  1.1 前列腺增生的微波热疗法  12-16
    1.1.1 前列腺增生  12-13
    1.1.2 前列腺增生微波热疗的发展历史  13-14
    1.1.3 前列腺增生微波热疗法的研究现状  14-16
  1.2 前列腺增生微波热疗数值模拟的意义  16-17
  1.3 本文主要研究内容  17-18
  1.4 本文的框架结构  18-19
第2章 COMSOL软件及前列腺增生微波热疗方式介绍  19-28
  2.1 COMSOL软件  19-23
    2.1.1 COMSOL简介  19
    2.1.2 COMSOL软件的显著特点  19-20
    2.1.3 有限元法思想  20-21
    2.1.4 COMSOL软件在生物医学领域的应用  21-23
  2.2 前列腺增生微波热疗的几种典型形式  23-25
    2.2.1 经直肠微波热疗前列腺(TRMT)  23-24
    2.2.2 经尿道微波热疗前列腺(TUMT)  24-25
    2.2.3 体外微波热疗前列腺  25
  2.3 COMSOL软件对前列腺增生微波热疗法的可行性验证  25-28
第3章微波作用生物组织的理论分析  28-35
  3.1 微波与生物体的相互作用  28-29
    3.1.1 微波作用的生物学效应  28
    3.1.2 微波热疗的机理  28-29
  3.2 电磁场的近场区和远场区  29-31
    3.2.1 电磁场近场区  29-30
    3.2.2 电磁场远场区  30-31
  3.3 比吸收率SAR  31-33
    3.3.1 SAR的定义  31
    3.3.2 SAR的分类  31-32
    3.3.3 人体组织内SAR近似表达式  32-33
  3.4 透深  33-35
    3.4.1 电透深  33-34
    3.4.2 热透深  34-35
第4章经尿道微波热疗前列腺增生数值模拟  35-47
  4.1 物理模型的建立  35-37
  4.2 求解域及边界条件的确定  37-39
    4.2.1 电磁场的子域及边界条件  37-38
    4.2.2 热场的子域及边界条件  38-39
  4.3 求解参数的设置及网格划分  39-41
  4.4 计算结果的分析  41-45
  4.5 小结  45-47
第5章经尿道微波热疗前列腺增生系统的参数优化分析  47-73
  5.1 参数的影响分析  47-54
    5.1.1 血液灌注率W_b对温度场的的影响  48-49
    5.1.2 微波输出功率P对温度场的影响  49-51
    5.1.3 冷却水温度T_f对温度场的影响  51-53
    5.1.4 对流换热系数h对温度场的影响  53-54
  5.2 不同血液灌注率下的最佳参数组合  54-72
    5.2.1 正交试验法  54-55
    5.2.2 最优方案的确定  55-72
  5.3 小结  72-73
第6章结论及展望  73-75
  6.1 结论  73-74
  6.2 展望  74-75
参考文献  75-80
攻读硕士学位期间发表的论文及专利  80-81
致谢  81

前列腺增生微波热疗法的数值研究

内容摘要

全文目录

相似论文