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生物组织电参数的微波测量方法研究及应用

作　者: 王湛娴
导　师: 车文荃
学　校: 南京理工大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 复介电常数生物组织经皮穿刺微波消融治疗探针等效模型有理函数模型不确定度分析
分类号: TM931
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着微波射频技术的发展,微波能在肿瘤消融治疗上已有了较为广泛的推广应用。本课题主要对生物组织电参数的微波测量技术理论和工程应用展开研究。生物组织电参数对于利用计算电磁学方法对微波能消融治疗时组织温度场分布的确定起了至关重要的作用。根据已知的谐振腔微扰理论和传输线理论,可以得到待测组织电参数与谐振频率和反射系数之间的关系,从而进一步得到待测离体生物组织的介电参数和电导率。经皮穿刺微波消融治疗探针(PMCT),是已应用于肝肿瘤消融治疗的辐射手术刀,这里通过结合探针的同轴主体和同轴传输线测量材料介电常数的理论,得到离体生物组织材料的介电参数和电导率。利用PMCT探针的同轴主体,可以进行生物组织植入式电参数提取。对于测量系数的处理方式,则通过利用不同的终端孔径导纳等效模型进行编程计算。通过测量两种高介电常数值和低介电常数值的生物组织材料的实验,对多种等效模型进行比较,从而寻找不同计算模型的适应范围。RFM有理函数模型,是一种对同轴探针终端阻抗进行泰勒级数展开的近似计算方法,通过调整级数展开项数,可以得到对同轴探针的模拟参数。进一步联系终端阻抗与待测材料介电参数的关系,从而得到生物组织的介电参数。文中对把RFM模型应用于PMCT探针测量生物组织材料的介电参数的校准参考物和测量过程的不确定度进行了详细的分析。同时,通过不确定度和敏感度的分析比较结果,测量了生物组织材料的介电参数和电导率。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-11
  1.1 本课题的研究背景  7-8
  1.2 生物组织的电特性  8
  1.3 微波致热效应  8-9
  1.4 生物组织电参数对微波诊断和治疗的作用  9
  1.5 本文工作的内容和研究思路  9-11
2 谐振腔体微扰理论测量及应用  11-21
  2.1 介绍  11-12
  2.2 谐振腔微扰测量理论  12-17
    2.2.1 谐振腔微扰测量理论公式  12-14
    2.2.2 谐振腔微扰技术测量生物组织材料  14-17
  2.3 结果与讨论  17-20
    2.3.1 生物组织电参数提取理论参照模型(Cole-Cole模型)  17-19
    2.3.2 实验测量结果  19
    2.3.3 实验测量结果讨论  19-20
  2.4 本章小结  20-21
3 同轴线测量理论及应用  21-40
  3.1 介绍  21-22
  3.2 终端开路同轴线测量等效模型  22-28
    3.2.1 天线等效模型(Antenna Model)  22-24
    3.2.2 导纳等效模型(Admittance Medel)  24-25
    3.2.3 有理函数模型(Antenna Model)  25-27
    3.2.4 虚拟传输线等效模型(Admittance Model)  27-28
  3.3 生物组织电参数同轴提取装置  28-29
  3.4 生物组织电参数提取实验结果及讨论  29-39
    3.4.1 生物组织电参数提取实验准备  29
    3.4.2 生物组织电参数提取结果及讨论  29-35
    3.4.3 对四种模型应用于生物组织电参数提取结果的讨论  35-39
  3.5 本章小结  39-40
4 有理函数模型(RFM)应用于PMCT探针测量的不确定度分析  40-54
  4.1 介绍  40
  4.2 PMCT探针有理函数模型(RFM)参数  40-41
  4.3 PMCT探针有理函数模型RFM参数测量不确定度分析  41-44
    4.3.1 PMCT探针的有理函数模型参数温度及校准材料的敏感度  41-42
    4.3.2 PMCT探针的有理函数模型参数对采样频率间隔和频率范围的敏感度  42-44
  4.4 RFM应用于PMCT探针测量生物组织电参数不确定度分析  44-51
    4.4.1 生物组织电参数提取中的参考面平移  44-46
    4.4.2 生物组织电参数提取校准材料的影响  46-48
    4.4.3 生物组织电参数提取计算模型参数的影响  48-50
    4.4.4 生物组织电参数提取计算模型的影响  50-51
  4.5 有理函数模型RFM应用于PMCT探针提取生物组织电参数  51-53
  4.6 本章小结  53-54
5 结论  54-56
  5.1 本文的工作总结  54
  5.2 研究工作展望  54-56
致谢  56-57
参考文献  57-63
附录  63

生物组织电参数的微波测量方法研究及应用

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