人体肝脏温控射频消融仿真研究

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1、人体肝脏温控射频消融仿真研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：黄维指导教师：罗洪艳副教授专业：生物医学工程学科门类：工学重庆大学生物工程学院二O一四年四月SimulationResearchonTemperature-controlledRadiofrequencyAblationofHumanLiverAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByHuangWeiSupervisedbyProf.Lu

2、oHongyanSpecialty:BiomedicalEngineeringCollegeofBioengineeringofChongqingUniversity,Chongqing,China.April,2014重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要射频消融技术（RFA）是肝癌治疗新方法，具有临床适应证广、并发症少、费用低、微创和治疗区域可控等特点。由于实现精准消融的复杂性，计算机建模仿真成为RFA技术领域的研究热点。运用计算机建模仿真技术开展肝脏RFA手术的模拟研究，可更加直观的了解RFA的作用机制，帮助医师制定出更为符合病人情况的手术计划，从而提高RFA治疗的效果和安全性

3、。针对现阶段RFA仿真研究中，绝大部分仿真模型选用简化规则几何模型，而不能体现肝脏的真实形态；同时仿真中将射频功率温控模式过度简化，或者虽实现了温控模式仿真，但实现过程复杂，可参考性不强等问题，本课题基于原始腹腔CT影像，综合运用Amira软件、COMSOL软件开展了人体肝脏温控RFA仿真模型构建及其应用研究。具体包括采用原始腹腔CT影像构建符合真实形态的肝脏几何模型；在此几何模型的基础上使用PI控制算法实现射频功率温控模式的模拟；使用不同的评判方法（等温线与Arrhenius组织损伤系数）进行消融的评估；系统分析变化的肝脏组织参数、消融模式等疗效影响因素对消融的影响。人体肝脏

4、温控RFA仿真结果表明，本文所构建的肝脏几何模型不仅能较好的反映肝脏真实形态特点，还能适用于有限元物理建模。使用基于反馈温度的PI控制算法进行温控模式的模拟时组织最高温度与电极针施加电压的变化情况符合真实手术情况，很好的实现了射频功率温控模式的仿真。在对模型进行疗效评估方面，使用等温线方法界定的消融区域分布平滑，对称性良好；而使用Arrhenius得到的消融区域分布相对粗糙且对称性较差。使用IT60方法界定的消融区域将明显低估真实消融水平，使用IT50方法和D99方法界定的消融区域更符合真实消融情况且它们在评估消融上各具优势，使用IT50方法界定的消融长短轴与临床获得的消融长短

5、轴最为吻合；而使用D99方法界定的消融长轴比临床得到的长轴略大，但该方法在预测组织内未完全消融的小空洞上面更具有优势。另外从RFA疗效影响因素的仿真分析中可知，各组织参数单独变化时，对消融影响最大的组织参数是肝脏组织微血管血液灌注率，它可显著促进消融区域的发展，增大组织最终消融体积；而组织比热容对消融几乎无影响。而多个组织参数共同变化不仅可极大的促进消融区域的发展，还可使组织最终消融体积显著增大。温控消融模式对组织最高温度及电阻损耗的影响非常大，是影响上述两个消融参数的最重要因素，消融过程中使用温控模式调节电极针施加电压的方式相比恒压模式能提高消融的效率。本文基于腹腔CT影像构

6、建的肝脏几何模型在临床应用方面相比直接构建的简单规则模型更迈进了一步。使用基于反馈温度的PI控制算法进行温控模式仿真I重庆大学硕士学位论文中文摘要的方法不仅操作简单、可参考性强，还可有效避免过热引起的组织凝固，很好的体现了使用温控模式进行射频功率调节的优势，可为临床RFA个性化治疗计划的制定提供了一定的参考。关键词：射频消融，计算机建模仿真，原始腹腔CT影像，疗效评估，疗效影响因素II重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTRadiofrequencyablation(RFA)hasemergedasanewmedicaltreatmentapproachofhepatic

7、carcinoma，whichhasthedominantfeaturesofbroadclinicalindications,fewercomplications,lowcosts,minimallyinvasiveandcontrollableablationarea.Duetothecomplexityofachievingpreciseablation,computersimulationofRFAbecomesahotspotinthisresearchfield.Itcanpro