基于ANSYS傳熱分析的肝腫瘤治療仿真(文末附源文件獲取方式)

Peake要求,本篇文章補充資料庫傳熱學的缺失,原論文分ANSYSCOMSOL兩部分,因COMSOL部分不是筆者負責,故在此不予列出,本文將詳細討論電熱綜合場問題。本文討論肝腫瘤射頻治療的仿真,根據相應文獻,肝腫瘤治療應將臟器局部加熱至一定溫度,并持續相應時間,常用的治療方案是將電極引入臟器并持續加熱一定時間到一定的溫度,該溫度對癌細胞有較好的殺滅效果,雖然也會引起普通肝臟細胞的損傷,但是損傷范圍相比普通的放射治療要小得多,相關醫學實驗也表明,肝癌射頻治療對于小于3個病灶且癌癥屬于早期的患者有較高的效果,其五年存活率可達70%以上。

   本文牽扯到2個物理場綜合,也牽扯到流固耦合(肝臟內血管和肝組織),由于病灶位置不同,將導致每次流固耦合均不相同,為統一計算,將采用肝臟臟器組織的參數,且本文將簡化處理為單個固體,也因此必然帶來相應的計算誤差。

   實際試驗仿真

component

Material

ρ (kg/m3)

C (J/kg*K)

K (W/m*K)

σ (S/m)

electrode

Stainless steel

21500

132

71

4*106

tissue

liver

1060

3600

0.512

0.333

   電極(electrode)和肝組織(tissue)材料參數如上圖所示。

4.jpg

1:肝組織實驗仿真結果

   其中大圓柱為肝組織細胞,視為圓柱體,圓柱直徑200mm,高度170mm。電極也是圓柱體,電極直徑1.25mm高度30mm。建模過程不在贅述,在ANSYS中因為整個治療過程溫度并未達到穩定情況,故此應視為非穩態傳熱,又因為牽扯到電熱兩個物理場,故此,ANSYS中應選用如圖所示模塊。對應的材料賦予即可。對應電壓50V,環境20攝氏度。(臟器試驗非活物試驗)

5.png

2 仿真模塊選擇

6.png

3:仿真和試驗的數據比較

7.png

4:肝臟電阻隨射頻治療變化


   參照比較數據,可以看出ANSYS計算結果大致相似,但是在溫度較高時有較大出入,至于誤差出現的原因,在相關文獻中也提及到,人體肝臟的導電性并非恒定,隨著溫度的變化,人體臟器的電阻先降低再升高,在溫度大于100度時,人體臟器會發生碳化作用,會使得臟器的電阻急劇變大。而且,在溫度較高時,液體的汽化也會導致溫度異常的變高,使得計算結果和試驗結果出現較大的出入。

  

   綜上,本文介紹了肝腫瘤射頻治療的仿真計算和實際試驗相比較的結果,并探討了相關的原因,因實際的病灶往往更具特殊性,所以ANSYS模擬時僅僅只能選取平均的肝組織的參數,這也會導致計算結果和實際試驗出現偏差問題,肝臟本身電阻的不穩定,隨著溫度變化而變化,也會導致仿真和試驗出現誤差。然而由于缺少相關肝臟實際的溫度-電阻曲線,無法給出更詳細的計算結果。在此希望以后的工作能再建立在本文的基礎上更進一步。


關注微信公眾號:ANSYS有限元仿真(ANSYS-FEM),后臺聯系小編可索取案例源文件,以及對本文進行咨詢答疑。

公眾號推廣.jpg


登錄后免費查看全文
立即登錄
App下載
技術鄰APP
工程師必備
  • 項目客服
  • 培訓客服
  • 平臺客服

TOP