[发明专利]一种基于单针实测反馈的电压源表征方法

说明书

本发明公开一种基于单针实测反馈的电压源表征方法，包括：利用热消融仪进行热消融实验，获得功率分布函数；建立温度场仿真模型；通过最小化单针实测温度数据与单针仿真温度数据之间的误差，反馈得到最优等效电阻；基于功率分布函数，计算出热消融过程中的电压源。本发明提出的电压源表征方法基于单针实测数据进行反馈调节，能够有效地导出不同消融条件下的精确电压源，从而能够获得临床所需的特异性温度场分布，由此提高热消融手术的科学性和可靠性。

技术领域

本发明涉及射频热消融温度场仿真技术领域，具体地讲，涉及一种基于单针实测反馈的电压源表征方法。

背景技术

肝肿瘤是人类生命安全的最大威胁之一，在中国是肿瘤导致死亡的第二杀手，因此肝肿瘤的有效治疗已成为亟待解决的社会问题。目前，射频热消融技术因微创、治疗效果显著等优点而在医院中得到了广泛应用，已成为治疗人体肝肿瘤行之有效的方法，但热消融的质量仍主要取决于临床医生的经验，缺乏客观依据。在临床手术中，肝肿瘤的热凝固区常采用54℃作为边界阈值。因此，需要热消融温度场的精确表征以提高热消融手术的科学性。

在临床射频热消融手术中，常用的是温控射频消融仪。在治疗期间，临床医师首先将工作电极置于目标位置并且将中性电极贴附于体表，形成电流回路；然后设置工作电极温度(例如，90℃)、升温速率(例如，30℃/分钟)和消融时间；射频仪根据所设置的参数实时地调节输出功率，通过功率补偿获得恒定的中心温度，最终获得所需的热凝固效果。在热消融过程中，工作电极面积较小，其附近电流密度大，因此热量主要集中在工作电极附近，在其周围形成消融灶。

目前通常采用有限元仿真技术来获得消融温度场分布。因为射频加热本质是电阻抗加热，所以电压源的精确表征对于温度场仿真至关重要。现有技术中，电压源通常采用恒定电压(例如，22伏)和步进调节电压，不符合实际情况，具有很大的局限性。温控射频消融仪可以导出实时功率数据，因此可通过计算出热消融电流回路中的等效电阻来获得精确的电压源。尽管在热消融过程中，消融区的电阻会随温度而变化，但消融区相对于整体回路而言，阻值的变化可忽略不计，由此可将整体回路中的等效电阻视为恒定值。在热消融手术中，由于工作电极和中性电极以及解剖组织的变化，难以精确地确定电流回路的等效电阻。因此，通过反馈计算出回路最优等效电阻，进而导出精确的电压源是一种切实可行的方法。公开号为CN102008351A的专利公开了一种射频损毁仪温度场分布的获取方法，其获得了特定中心温度下的温度场分布函数，具有一定的便捷性，但未考虑到因电极位置和组织变化而产生的电压源变化，不能较好地应用于临床。公开号为CN101006939的专利公开了一种局灶性前列腺适形消融电极，在单个子电极中设有热电偶，以实时反馈单点的温度，但该技术只能获得单点的精确实时温度，不能获得精确电压源和整个消融区的温度分布。总而言之，射频热消融温度场仿真领域仍需要电压源的精确表征技术。

发明内容

针对现有技术中因电压源而导致无法精确获得温度场分布的问题，本发明提出一种基于单针实测反馈的电压源表征方法。在具体实施过程中，利用单针实测获得特定点的温度，另外不断改变等效电阻值获得仿真温度，通过使仿真温度与实测温度的差值达到极小值获得最优等效电阻；然后通过已知功率数据来获得精确的电压源。

应用本发明的前提是：利用恒温热消融仪RFA-I(Blade Co.,Ltd.,Beijing,China)和仿肝组织体模获得热消融实验数据；通过COMSOL Multiphysics软件(COMSOLInc.,Palo Alto,CA,USA)获得温度场仿真数据。

本发明采取的技术方案是：首先通过射频伞形电极热消融实验获得七个点的实测温度；在COMSOL平台中采用经典的麦克斯韦电磁方程和Pennes传热方程建立热消融仿真模型；由于射频热消融过程中，在180秒之前采用射频激励电路，在180秒之后采用功率补偿电路，从而具有不同的等效电阻，因此通过单针实测数据的反馈调节获得最优的分段等效电阻，进而获得精确的电压源；最后通过仿真数据和实验数据对比，验证此技术的可行性。