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近红外肿瘤微波消融实时疗效评估基础研究

作　者: 张烨
导　师: 钱志余
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 近红外微波热消融有限元实时监控疗效评估
分类号: R730.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

微波热消融是临床肿瘤热疗的重要技术之一，其原理是利用微波辐射使组织中带电离子和水分子振荡产生高热从而引起组织凝固坏死，杀灭癌细胞。该治疗方法疗效显著，但仍存在术中无法实时评估疗效和控制剂量问题。针对这些问题，本文提出将微创功能近红外光谱技术与微波治疗技术有机结合，通过实时采集微波热疗过程中的组织参数进行疗效评估，为临床手术实时、精确监控提供理论基础。论文主要研究内容：1、根据有限元方法的原理以及其在生物组织热传导学中的应用，借助于有限元分析软件建立生物组织微波消融过程中的温度场分布，并由此得出生物组织内部温度场分布模型以及有效毁损灶体积模型。其中，温度场分布模型可以确定组织内部任意位置处的瞬时温度，有效毁损灶体积模型可以确定任意微波功率、作用时间下的有效毁损灶体积的变化情况。2、通过基于功能近红外光谱技术的微创微波热消融实验测试实时组织参数变化，确定优化散射系数’s为实时监控因子。3、通过大量实验数据分析获得了较可靠的术中实时监控因子(’s)与微波治疗参数(功率P、时间t)的关联模型，通过数学模型来反映术中疗效，得到了较理想的治疗评估效果。论文主要创新点：1、提出了一种基于功能近红外光谱的肿瘤微波热消融手术实时疗效评估技术；2、提出了基于有限元方法的微波热消融温度场获取方法，并由此建立了温度场模型和有效毁损体积模型；3、通过近红外微创离体猪肝热消融实验建立了疗效评估数学模型，初步实现了利用近红外光谱技术进行实时疗效评估，对降低手术的盲目性，提高治疗效果具有重要意义。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章绪论  13-19
  1.1 肿瘤治疗发展概况  13-15
    1.1.1 肿瘤的临床治疗方法  13-14
    1.1.2 热疗的发展  14-15
  1.2 肿瘤微波热消融研究现状  15-17
  1.3 课题研究方案  17-18
  1.4 论文构架  18
  1.5 本章小结  18-19
第二章基础理论介绍  19-29
  2.1 近红外光谱技术简介  19-21
    2.1.1 近红外光谱技术的原理  19
    2.1.2 近红外光谱技术的应用  19-20
    2.1.3 生物组织光学参数基础理论  20-21
  2.2 微波热疗温度场测温基本理论  21-26
    2.2.1 温度场的计算机模拟方法  22
    2.2.2 生物组织传热的特点及基本模型  22-23
    2.2.3 生物组织的热物性参数  23-24
    2.2.4 微波热效应基本理论  24-26
  2.3 有限元分析方法简介  26-28
    2.3.1 有限元方法原理  26-27
    2.3.2 有限元分析软件 COMSOL 介绍  27-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章微波热消融温度场分布的有限元仿真研究  29-39
  3.1 微波热消融温度场有限元仿真  29-35
    3.1.1 建立微波天线几何模型  29-30
    3.1.2 参数选取  30-32
    3.1.3 边界条件  32-33
    3.1.4 网格划分  33-34
    3.1.5 求解  34-35
  3.2 仿真方案  35
  3.3 仿真结果  35-38
    3.3.1 功率一定  35-36
    3.3.2 作用时间一定  36-37
    3.3.3 微波发射功率和作用时间对毁损体积的影响  37-38
  3.4 本章小结  38-39
第四章近红外微波消融疗效评估实验  39-46
  4.1 微波消融实验系统介绍  39-40
  4.2 离体猪肝微波消融实验研究  40-45
    4.2.1 实验内容  40-41
    4.2.2 实验结果  41-45
      4.2.2.1 μ_s参数特征曲线  42-43
      4.2.2.2 温度特征曲线  43
      4.2.2.3 剖面最大长径和宽径上的μ_s参数曲线  43-44
      4.2.2.4 实验温度与仿真温度变化情况对比  44-45
  4.3 本章小结  45-46
第五章微波消融实时疗效评估模型建立  46-70
  5.1 实验数据统计分析  46-55
    5.1.1 毁损体积数据  46-47
    5.1.2 光学参数  47-55
      5.1.2.1 实时 s 值统计  47-53
      5.1.2.2 剖面最大长径及宽径上μ_s值统计  53-55
  5.2 生物组织温度场分布模型  55-60
    5.2.1 数据统计  55-57
    5.2.2 回归模型的建立  57-60
  5.3 有效毁损体积模型建立  60-62
    5.3.1 数据统计  60
    5.3.2 回归模型及显著性检验  60-62
  5.4 模型评估分析  62-67
    5.4.1 温度模型验证  62-65
    5.4.2 体积模型验证  65-67
  5.5 μ_s温度关系模型的建立  67-69
  5.6 本章小结  69-70
第六章总结和展望  70-72
  6.1 全文总结  70-71
  6.2 文章创新点  71
  6.3 展望  71
  6.4 结束语  71-72
参考文献  72-77
致谢  77-78
在校期间的研究成果及发表的学术论文  78

近红外肿瘤微波消融实时疗效评估基础研究

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