微波热疗中辐射器形式和热场分布的研究

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1、第四军医大学博士学位论文微波热疗中辐射器形式和热场分布的研究姓名：高悦申请学位级别：博士专业：生物物理学指导教师：杨国胜20050501蘩罐健‘赢噍秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取碍的研究成果。尽找所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方，}，论文中不包含其他八已经发表或撰写过的研究成果，不包含本人或他人已申请学位或其他用途使用过的成果。-5找一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说嚷并表示了致谢。申请学位论文-5资料

2、若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签各：耋煎日期鼹护

3、。栅{湃声较声孵本人完全了解第四军医大学有关保护知识产权的规定，即：研究生在较攻读学位期间论文工作的知识产权单位屑第四军医大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为第四军医大学。学较可以公布论文的全部或部分内容(含电子版，保密内容除外)，可以录用影印，缩印或其他复制手段保存论文。学校肓权允许论文被查闻耵囊闲，并在校园网上提供论文内容的浏览和下载服务。㈣粼：盟⋯一㈣名：栖逖吼鹦￡一第四军医大学博士学位论文缩略语

4、英文全称缩略语表中文全称RFRadioFrequency射频TMTransversemagneticwave横磁波TEMTransverseElectromagneticWave横电磁波MR／MagneticResonanceImaging磁共振成像FEMFiniteElementMethod有限元法FDTDFinReDifferenceTimeDomian有限时域差分CRTChemoRadiotherapy化、放疗法HCRTHyperthermo．ChemoRadiotherapy热、化、放疗法

5、SARSpecificAbsorptionRate比吸收率WBA．SARWholeBodyAverageSpecific平均比吸收率AbsorptionRate第1页第四军医大学博士学位论文微波热疗中辐射器形式和热场分布的研究博士研究生：高悦导师：杨国胜教授第四军医大学生物医学工程系，西安710032中文摘要近年来，利用介入式微波或射频热疗技术治疗肿瘤已经在临床上得到了广泛应用。20世纪90年代前后，国内外都开展了化疗，放射+高温+药物的实验研究，发现加温可以诱发细胞凋亡，而且癌基因／抗癌基因与热

6、敏性之间存在密切关系，在临床上使用这种方法治疗早期和中期的恶性肿瘤，也已取得了较好的预后效果。但是，由于对生物传热的基础研究不足，手术中加热时间、加热方式等问题没有得到很好解决，因而影响了疗效。要解挟这些问题，就必须进一步研究热疗的热机理、加热过程中的物理变化和加热过程中组织内的场变化等，设计适当的辐射器和加热方式，进行建模研究，以准确预测热疗中组织热损伤区的程度和范围，用电磁场和热场的分布情况来为热疗提供理论依据。随着人体环境学的发展尤其是生物医学工程领域中低温外科手术、移植器官冷冻存储、肿瘤加

7、热疗法、低温脑复苏康复措施、疾病热诊断技术、烧伤、冻伤、烫伤等l临床医学和康复医学的进步，加之工程热物理学的横向发展，要求对人体生物传热现象的研究逐渐从定性研究过渡到定量研究，因此研究人体传热特性和传热机制就变得十分迫切了。第2页第四军医大学博士学位论文生物传热过程是一个非常复杂的过程，它涉及到电磁学、生物能力学、热生物学、生物力学、生物热力学和生物控制论等多个领域，各个过程相互影响，相互作用。要研究这个问题，必须建立在理想加热模型的基础上，研究主要关注的场的相互作用，如在微波热疗中只关注电磁场和

8、热场的相互作用，而不考虑其他领域。电磁场与热场的作用是因果关系，生物组织吸收电磁波的能量后转换成阻抗热，使组织的温度升高，形成某种热场。不过，由于微波对生物组织加热的过程是一个随时间变化的过程，因而在研究时可以先求解电磁场再求解热场，也可以对两者同时求解。在假设生物组织为均匀介质的基础上，我们研究了用同轴电缆制作的几种天线的热场分布，并探讨了其热场分布形式及其实用性。理论计算采用有限元方法，用FEMLAB有限元分析软件定义电磁场和热场的边界条件及子域，研究了全裸天线、半裸天线、挽袖天线、偶极子天线

9、等目前在临床上使用较多的几种天线的热场分布，并在此基础上自制了同轴线缝隙天线、Y形天线、叉形天线和爪形天线等，计算了它们在r-Z二维平面内的电磁场、温度场和SAR分布。在对以上天线进行理论研究的基础上，利用自行研制的2450MHzHDZ-1型智能化多功能微波肿瘤治疗仪对离体猪肝进行加热实验研究，并与理论结果相比较，证实理论结果和实验结果可以较好地吻合。组织中的血管传热是近年来生物热医学工程中研究的焦点，但由于这一问题的复杂性，目前的研究都是针对于特定血管形态的。我们从理论上分析了包