前列腺增生微波熱療法的數(shù)值研究.pdf

1、前列腺增生一直是困擾中老年最常見的泌尿疾病之一，隨著微波技術(shù)的發(fā)展，微波熱療前列腺增生技術(shù)已經(jīng)成為醫(yī)療領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。臨床上，微波熱療要達(dá)到的目標(biāo)：(1)將足夠的物理能量定向地輸送到病灶組織，并達(dá)到有效的殺滅溫度。(2)治療過程盡可能不損傷周邊正常組織，不造成體表灼傷或其他意外傷害。本文以此為目的，借助電磁場(chǎng)理論和生物傳熱學(xué)知識(shí)，通過建立數(shù)學(xué)物理模型，對(duì)前列腺增生微波熱療法進(jìn)行了數(shù)值研究。
　　 在理論研究方面，本文首先分析

2、了電磁場(chǎng)近場(chǎng)區(qū)、遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的分布特點(diǎn)及計(jì)算方法。其次，以玻印廷矢量和麥克斯韋方程為基礎(chǔ)，推導(dǎo)了電磁輻射作用下人體組織內(nèi)比吸收率SAR的近似表達(dá)式。
　　 在數(shù)值模擬方面，本文針對(duì)WR-腔內(nèi)型微波治療儀治療前列腺增生的具體過程，利用COMSOL Multiphysics軟件進(jìn)行數(shù)學(xué)物理建模，分析了熱療過程中前列腺組織內(nèi)溫度分布和電磁能量分布特點(diǎn)。模擬結(jié)果表明，微波能量集中分布在微波發(fā)射處附近，且沿徑向的衰減明顯要比軸向快。同時(shí)，靠近天

3、線縫隙處前列腺組織溫度較高，且相對(duì)于縫隙中間基本呈對(duì)稱分布，與微波能量SAR分布恰好一致。
　　 隨后，本文依次討論了微波輸出功率、冷卻水溫度、血液灌注率、對(duì)流換熱系數(shù)等因素對(duì)前列腺組織溫度場(chǎng)的影響。結(jié)果表明，這些參數(shù)不僅影響前列腺組織峰值溫度的大小，還會(huì)改變峰值溫度點(diǎn)的位置。同時(shí)還可以看出，血液灌注率的不同，還直接影響微波熱療過程溫度場(chǎng)趨于穩(wěn)定的時(shí)間。
　　 最后，本文采用正交試驗(yàn)法依次對(duì)不同血液灌注率的三類前列腺增生

4、患者進(jìn)行討論，從而確定各自所需的最佳熱療方案。以微波輸出功率P、冷卻水溫度Tf、對(duì)流換熱系數(shù)h為影響因素，P取35W，45W，55W三個(gè)水平，Tf取10℃，15℃，20℃三個(gè)水平，h取50W/(m2·℃)，150W/(m2·℃)，257W/(m2·℃)三個(gè)水平，以尿道壁受傷程度和前列腺組織內(nèi)熱透深度作為評(píng)價(jià)熱療效果的指標(biāo)。結(jié)果表明，當(dāng)血液灌注率為10mL/min/100g時(shí)，最佳熱療參數(shù)組合：P=55W，Tf=10℃，h=257W/(m

5、2·℃)，尿道壁沒有損傷，熱透深為9.7mm；當(dāng)血液灌注率為30mL/min/100g時(shí)，最佳熱療參數(shù)組合：P＝55W，Tf＝10℃，h=257W/(m2·℃)時(shí)，尿道壁沒有損傷，熱透深為9.3mm；當(dāng)血液灌注率為60mL/min/100g時(shí)，最佳熱療參數(shù)組合：P＝55W，Tf=15℃，h=257W/(m2·℃)，尿道壁沒有損傷，熱透深為6.6mm。
　　 通過對(duì)前列腺增生微波熱療法的數(shù)值研究，成功地實(shí)現(xiàn)了微波熱療中溫度場(chǎng)、電場(chǎng)