一种基于COMSOLMuliphysics的消融针消融肝脏组织模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种基于COMSOL Multiphysics的消融针消融肝脏组织模拟方法，包括如下步骤：S1、采用COMSOL Multiphysics仿真软件中的几何模块建立射频消融肝脏组织的几何模型；S2、对几何模型进行区域划分，设置材料参数；S3、设置电物理场模块、生物传热物理场的参数，对各个区域进行网格划分，设置事件物理场，并对各个物理场模块的参数进行相应的设置；S4、设置多物理场耦合；S5、计算求解，得到消融针对肝脏消融的仿真结果。通过对肝脏组织的消融模拟仿真，来确定设计的消融针消融范围大小和需要的消融时间，该方法能够为实际使用缩短时间成本。短时间成本。短时间成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于COMSOL Muliphysics的消融针消融肝脏组织模拟方法


[0001]本专利技术总体涉及医疗领域，具体涉及一种基于COMSOL Muliphysics的消融针消融肝脏组织模拟方法。

技术介绍

[0002]射频消融是依靠具有消融功能的射频能量发生器，通过消融针穿刺到需要消融的区域，当射频电流流经人体组织时，因电磁场的快速变化使组织内带极性的水分子高速运动，从而产生热量，使得细胞内外水分蒸发、干燥、固缩脱落以致无菌性坏死，从而达到治疗的目的。
[0003]在进行射频消融的过程中，消融电极会因为温度过高而产生焦痂，使组织与消融电极粘在一起，因此需要在消融针中放置热电偶，通过在射频能量发生器中的温度控制算法来避免消融针在消融过程中产生组织焦痂，而在设置算法的温度是需要对消融针的焦痂温度和消融区域进行仿真，使设置的温度更加合理，消融时间更加合理，同时根据仿真可以对消融区域的大小有个初步的判断，可以判断消融时间多少合适。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于COMSOL Muliphysics的消融针消融肝脏组织的模拟方法，通过对肝脏组织的消融模拟仿真，来确定设计的消融针消融范围大小和需要的消融时间，该方法能够为实际使用缩短时间成本。
[0005]本专利技术所采用的技术方案为：
[0006]一种基于COMSOL Multiphysics的消融针消融肝脏组织模拟方法，包括如下步骤：
[0007]S1、采用COMSOL Multiphysics仿真软件中的几何模块建立射频消融肝脏组织的几何模型；
[0008]S2、对几何模型进行区域划分，设置材料参数；
[0009]具体地，根据S1中的几何模型划分出消融电极区域、测温子针区域、消融针基部区域和肝脏组织区域；根据实际工作情况选择物理接口并设置相应的消融电极、测温子针、消融针基部和肝脏组织的材料；
[0010]S3、设置电物理场模块、生物传热物理场的参数，对各个区域进行网格划分，设置事件物理场，并对各个物理场模块的参数进行相应的设置；
[0011]S4、设置多物理场耦合；
[0012]S5、计算求解，得到消融针对肝脏消融的仿真结果。
[0013]具体情况下，步骤S3生物传热物理场采用的方程为Pannes传热方程：
[0014][0015]其中，T为温度；t为时间；δ
ts
是时间缩放系数；ρ是组织密度(kg/m3)；C是组织的比
热(J/(kg
·
K))；k是热导率(W/(m
·
K))；在等式右侧，ρ
b
为血液密度(kg/m3)；C
b
是血液的比热(J/(kg
·
K))；ω
b
是灌注速率(L/s)；T
b
是动脉血温度(K)；Q
met
和Q
ext
分别是新陈代谢和空间加热产生的热源(W/m3)。
[0016]具体情况下，步骤S3中计算组织的热损伤积分是基于阿累尼乌斯方程，得到治疗过程中组织损伤程度α：
[0017][0018]其中A是频率因子(s
‑1)，ΔE是不可逆损伤反应的活化能(J/mol)。这两个参数取决于组织类型。R为摩尔气体常数，T为温度，t为时间；
[0019]坏死组织占比θ
d
的表达式为：
[0020]θ
d
＝1
‑
exp(
‑
α)。
[0021]具体情况下，步骤3中电物理场采用的电场方程为:
[0022][0023]其中V是电动势(V)，σ是电导率(S/m)，J
e
是外部产生的电流密度(A/m2)，Q
j
是电流源(A/m3)。
[0024]具体情况下，所述步骤S3中的事件物理场包括：
[0025]设置离散状态1、状态指示器1、隐式事件1、隐式事件2；通过设置事件物理场，把消融针温度控制在60℃
‑
70℃之间，既能杀死组织，又能防止消融针在消融组织时组织焦痂粘在消融针上。
[0026]具体情况下，所述步骤S4中的多物理场耦合为电磁热耦合。
[0027]本专利技术基于COMSOL Mulitphysics的消融针消融肝脏的模拟方法，通过对肝脏组织的消融模拟仿真，得出消融时间和消融区域大小之间的关系。可以为不同长度规格的消融针提供消融时间和消融范围指导，能够帮助研发人员撰写说明指导书，也能为研发过程提供帮助。
附图说明
[0028]图1为本专利技术基于COMSOL Mulitphysics的消融针消融肝脏的模拟方法流程图。
[0029]图2为本专利技术具体实施例建立的消融针肝脏组织的几何模型。
[0030]图3
‑
5为本专利技术具体实施例建立的几何模型的区域划分示意图。
[0031]图6
‑
8为本专利技术具体实施例建立的几何模型的网格划分示意图。
[0032]图9为本专利技术具体实施例计算得到的温度曲线图。
[0033]图10为本专利技术具体实施例计算得到的热损伤曲线图。
[0034]图11为本专利技术具体实施例计算得到的热损伤切面图。
具体实施方式
[0035]下面通过具体实施例并结合附图对本专利技术进行详细描述。
[0036]本专利技术一种基于COMSOL Mulitphysics的消融针消融肝脏的模拟方法，包括一下步骤：
[0037]步骤S1：采用COMSOL Mulitphysics仿真软件中的几何模块建立消融针肝脏组织
模型。
[0038]步骤S2：对几何模型表面、区域进行划分，设置材料参数。根据步骤S1中的几何模型划分出的消融电极区域、测温子针区域、消融针基部区域和肝脏组织区域，根据消融针的实际使用情况选择物理接口并设置相应的电极、测温子针、消融针基部和肝脏组织材料。
[0039]步骤S3：设置电物理场模块、生物传热物理场的参数，对各个区域进行网格划分，设置事件物理场，并对各个物理场模块的参数进行相应的设置。
[0040]根据消融针的实际使用情况，对消融针和肝脏组织设置相应的电场和生物传热场进行参数定义，根据生产厂商提供的材料参数设置电极、测温子针、消融针基部的导电率、相对介电常数、导热系数、密度和恒压热容参数；肝脏组织使用软件本身自带的肝脏组织材料参数。
[0041]添加事件物理场，在添加物理场菜单下选取数学
‑
常微分和微分代数方程接口
‑
事件模块。在模型开发器菜单栏中的事件模块下进行参数定义。
[0042]其中步骤S3生物传热场所用到的方程为Pannes传热方程：
[0043][0044]其中，T为温度；t为时间；δ
ts
是时间缩放系数；ρ是组织密度(kg/m3)；C是组织的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于COMSOL Multiphysics的消融针消融肝脏组织模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、采用COMSOL Multiphysics仿真软件中的几何模块建立射频消融肝脏组织的几何模型；S2、对几何模型的区域划分，设置材料参数；具体地，根据S1中的几何模型划分出的消融电极区域、测温子针区域、消融针基部区域和肝脏组织区域；根据实际工作情况选择物理接口并设置相应的消融电极、测温子针、消融针基部和肝脏组织的材料；S3、设置电物理场模块、生物传热物理场的参数，对各个区域进行网格划分，设置事件物理场，并对各个物理场模块的参数进行相应的设置；S4、设置多物理场耦合；S5、计算求解，得到消融针对肝脏消融的仿真结果。2.根据权利要求1所述的消融针消融肝脏组织模拟方法，其特征在于，其中步骤S3生物传热物理场采用的方程为Pannes传热方程：其中，T为温度；t为时间；δ
ts
是时间缩放系数；ρ是组织密度(kg/m3)；C是组织的比热(J/(kg
·
K))；k是热导率(W/(m
·
K))；在等式右侧，ρ
b
为血液密度(kg/m3)；C
b
是血液的比热(J/(kg
·
K))；ω
b
是灌注速率(L/s)；T
b
是动脉血温度(K)；Q
...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳万利，刘平，王林辉，
申请(专利权)人：上海睿速创生医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：