水冷式射频消融治疗技术的热损伤分析及实验研究

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1、上海交通大学硕士学位论文水冷式射频消融治疗技术的热损伤分析及实验研究姓名：范晓筠申请学位级别：硕士专业：生物医学工程指导教师：陈亚珠20070201上海交通大学工学硕士学位论文水冷式射频消融治疗技术的热损伤分析及实验研究摘要肿瘤射频消融（RadioFrequencyAblation，缩写RFA）作为一种新颖的肿瘤微创物理治疗技术，已经在肝癌的治疗中得到广泛的应用，它具有安全可靠、操作简单、疗效好、术后恢复快的优势和特点。而医疗仪器的研制开发，最为主要的是保证其安全性及有效性，因此，本文主要从理论分析与实验研究两方面，对生物医学仪器研究所研

2、制的水冷式射频消融系统的安全性及有效性进行系统评价，确定该系统的治疗参数体系，为临床应用提供参考依据。本文首先分析了在射频消融过程中组织的热损伤区域。采用有限元方法，以生物热传导方程为基础，对消融过程建立有限元模型。在组织参数不变模型的基础上，提出电导随温度变化的有限元模型，并与前者进行比较。通过电、热场耦合分析,计算两种模型的最大电场强度、温度梯度分布等，得到以50℃为边界的临界温度消融区。分析结果表明：在相同的治疗电压与时间下，电导变化模型的组织温升较快，140V以上易引起组织汽化结碳，应在实验及临床应用中避免。然后在上述分析结果的指

3、导下，设计实验方案，进行大量离体器官与活体动物实验，研究在不同治疗参数下，系统可达到的热损伤区域。实验采用多路测温系统，实时监测组织内的温度场分布，以临界温度边界确定实际的最大有效消融范围，并比较肉眼观测到的消融区I上海交通大学工学硕士学位论文与临界温度消融区大小。实验结果表明：该系统运行稳定，疗效确切。肉眼判断的平均最大热损伤区域直径达45.6mm，实际消融范围在50mm以上。比较实验与理论分析结果，证实对140V以上电压，热损伤范围不随电压升高、时间延长而增大，验证了理论模型的合理性。本文针对水冷式射频消融的热损伤区域进行了系统分析，

4、提出了电导随温度变化的有限元模型，指导治疗参数的选择。并在此基础上通过实验研究，验证了系统的安全性和初步效果，建立了该系统的治疗参数体系，为系统的治疗计划体系建立及临床应用提供重要依据。关键词：水冷式射频，热损伤，有限元，耦合分析，温度梯度分布II上海交通大学工学硕士学位论文ANALYSISANDEXPERIMENTSONLESIONSIZEOFHEPATICRADIOFREQUENCYABLATIONWITHINTERNALLYCOOLEDPROBEABSTRACTRadiofrequencyAblation(RFA)isanewmin

5、imallyinvasivemethodforphysicaltreatmentoftumors,whichhasbeenwidelyusedinprimaryandmatastaticlivercancertherapy.Itisknownbyitssecure,simple,effectiveandlowsurgicalrisk.Withacademicanalysisandexperimentalresearch,weevaluatedthelesionsizeunderdifferenttherapeuticparameters,

6、basedontheinternallycooledradiofrequencyablationsystemdevelopedbyourinstitute.Thispaperestablishedthetherapeuticparametersofthesystem,andgaveguidanceonclinicalapplication.Thefirstpartofthispaperistoanalyzethelesionsize,usedfiniteelementmethods.Heattransferintissueisgovern

7、edbybio-heattransferequation.Wesetfiniteelementmodelsfortheprocessofradiofrequencyablation.Basedontheconstanttissueparametermodel,weputforwardatemperaturedependentconductivityfiniteelementmodel,andcomparedwitheachother.Throughthermal-electricalcoupledfieldanalysis,wecanca

8、lculateelectricfield、temperaturedistributionsofthetwomodels,duringtheradiofrequencyablationproce