[发明专利]一种基于单针实测的生物组织特性参数表征方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于单针实测的生物组织特性参数表征方法，尤其是利用拟合公式获得射频消融过程中生物组织敏感性特性参数的精确表征形式。

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。

目前，通常采用有限元仿真技术来获得肿瘤消融区域的温度场分布情况。肿瘤加热过程中会导致生物组织特性参数发生改变，但特性参数如何影响温度场模型仍是未知的。目前，在温度场仿真模型的常规研究中，通常无法获得模型参数随温度的实际变化，模型参数一般根据参考文献采用固定值，从而导致仿真温度的精度参差不齐。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，但未考虑到消融过程会导致生物组织特性参数发生变化，不能较好地应用于临床。公开号为CN103800075A的专利公开了一种基于肝脏肿瘤消融术的患者特定建模的方法和系统，在建模过程中对组织特性参数取为固定值，这不符合实际情况。因此，温度场模型中特性参数的特异性分析和精确表征仍是温度场仿真领域亟待解决的技术。

发明内容

针对现有技术中因生物组织特性参数的不确定性而导致无法精确获得温度场分布的问题，本发明提出了一种基于单针实测的生物组织特性参数表征方法，通过参数敏感性分析和单针实测获得组织特性参数的精确表征形式并进而通过仿真技术获得射频热消融过程中的精确温度场模型。

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(COMSOL Inc.,Palo Alto,CA, USA)获得温度场仿真数据；利用Minitab软件(State College,PA,USA)中的因子分析(DOE) 来研究各特性参数(生物组织电阻(R)、比热容(Cp)、电导率(Sigma)、导热率(K) 和相对介电常数(Epsilon))的敏感性，为后续反馈工作提供可靠依据。

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软件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；利用Minitab软件中的DOE因子设计实验对各特性参数进行敏感性分析，获得参数对温度的影响贡献率SS％；基于参数在不同时刻的SS％对参数进行特异性反馈调节，由此获得各参数的最优表达形式，通过单针实测数据的反馈调节获得最优的函数表达；最后通过对比仿真数据和实验数据，验证此技术的可行性。

一种基于单针实测的生物组织特性参数精确表征方法，包括如下步骤：

步骤1，通过射频热消融实验，得到功率分布函数；

步骤2，在COMSOL Multiphysics软件中设置预设初始条件和边界条件，建立射频温度场仿真模型；

步骤3，对生物组织特性参数进行敏感性分析；

步骤4，基于参数敏感性分析结果，利用单针实测数据获得敏感性参数的精确表征函数；

步骤5，利用获得的特性参数的精确表征函数进行温度场仿真，并与实测数据进行对比以验证温度场分布模型的精确性。

一种基于单针实测的生物组织特性参数精确表征方法，包括如下步骤：

步骤1，通过RFA-I消融仪伞形电极和仿肝组织体模进行热消融实验，消融时间为6分钟，中心电极恒定温度为90℃，温升速率为30℃/分钟，

步骤1.1，在热消融实验中，对消融区的七个点进行实测，获得实测温度，选取P1点作为反馈点，利用1-6点实测温度与仿真温度进行对比，验证仿真模型的可靠性；

步骤1.2，导出热消融期间的功率数据，利用拟合软件1stOpt(7D-Soft High Technology Inc., Beijing,China)对功率数据进行拟合，获得功率P随时间t的变化函数P(t)；