微波消融系统设计及疗效评估实验研究

作     者：邹止寒 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邢丽冬

授予年度：2022年

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 0836[工学-生物工程] 081202[工学-计算机软件与理论] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：微波消融系统 固态源 疗效评估 约化散射系数 

摘      要：微波消融通过在局部构建电磁场产生高热温度灭活肿瘤细胞,是目前临床上新兴的热疗方法;特别在无法耐受手术、危及器官旁病灶等复杂癌症治疗场景中,微波消融因其固有的技术优势取得了良好的治疗效果。目前,基于固态源的微波消融系统设计具有一定发展前景但相关研究较少;另微波消融在临床上以温度作为疗效评估参数,不能客观反映生物组织的热损伤反应进程。为此,本文搭建了一套基于固态源的微波消融系统并进行了初步的实验验证和疗效评估实验研究,对推动微波消融技术发展具有一定价值。主要研究工作如下:微波消融系统硬件平台设计。该部分首先基于临床医疗设备的安全通用标准,拟定了系统的性能指标和总体框架;然后基于核心的功能机制对重要的硬件模块进行电路设计;最后结合SIwave仿真软件对PCB板的时钟端接策略、电源完整性、电磁辐射抗扰度等信号完整性问题进行了分析讨论。微波消融系统软件平台设计。该部分首先基于μC/OS-Ⅲ实时系统将控制程序划分为十一个任务模块,完成了嵌入式软件的设计;然后拟定通信协议的语义、语法和时序,实现了上下位机之间的数据交换;最后基于QT平台采用OOD方法设计了上位机软件的总体框架,并应用多线程、SQLite数据库技术和线性回归方程完成了上位机软件的程序开发。微波消融系统工作性能标定实验。该部分首先对系统的功率输出性能和温度监测性能进行了标定;系统不同功率稳态输出和恒定功率稳态输出情况下的功率误差均小于5%,系统两种拟合算法下的平均温度误差均小于0.2℃,满足拟定的工作指标要求。最后以离体猪肝作为动物组织模型开展了基础的消融实验,并对不同热剂量下的消融结果进行了分析讨论。基于反射光谱的疗效评估研究实验。该部分首先以离体猪肝作为动物组织模型进行消融实验,并对消融过程中反射光谱的变化进行定性分析;然后基于Arrhenius理论结合温度参数建立了热损伤模型,讨论了消融过程中约化散射系数(μ s)与细胞损毁浓度(Fd)的变化规律;最后分析了组织剖面中不同热损伤程度消融区域的约化散射系数(μ s)数值分布。