前列腺增生一直是困扰中老年最常见的泌尿疾病之一,随着微波技术的发展,微波热疗前列腺增生技术已经成为医疗领域研究的热点问题。临床上,微波热疗要达到的目标：(1)将足够的物理能量定向地输送到病灶组织,并达到有效的杀灭温度。(2)治疗过程尽可能不损伤周边正常组织,不造成体表灼伤或其他意外伤害。本文以此为目的,借助电磁场理论和生物传热学知识,通过建立数学物理模型,对前列腺增生微波热疗法进行了数值研究。在理论研究方面,本文首先分析了电磁场近场区、远场区的分布特点及计算方法。其次,以玻印廷矢量和麦克斯韦方程为基础,推导了电磁辐射作用下人体组织内比吸收率SAR的近似表达式。在数值模拟方面,本文针对WR-腔内型微波治疗仪治疗前列腺增生的具体过程,利用COMSOL Multiphysics软件进行数学物理建模,分析了热疗过程中前列腺组织内温度分布和电磁能量分布特点。模拟结果表明,微波能量集中分布在微波发射处附近,且沿径向的衰减明显要比轴向快。同时,靠近天线缝隙处前列腺组织温度较高,且相对于缝隙中间基本呈对称分布,与微波能量SAR分布恰好一致。随后,本文依次讨论了微波输出功率、冷却水温度、血液灌注率、对流换热系数等因素对前列腺组织温度场的影响。结果表明,这些参数不仅影响前列腺组织峰值温度的大小,还会改变峰值温度点的位置。同时还可以看出,血液灌注率的不同,还直接影响微波热疗过程温度场趋于稳定的时间。最后,本文采用正交试验法依次对不同血液灌注率的三类前列腺增生患者进行讨论,从而确定各自所需的最佳热疗方案。以微波输出功率P、冷却水温度Tf、对流换热系数h为影响因素,P取35W,45W,55W三个水平,Tf取10℃,15℃,20℃三个水平,h取50W/(m2·℃),150W/(m2·℃),257W/(m2·℃)三个水平,以尿道壁受伤程度和前列腺组织内热透深度作为评价热疗效果的指标。结果表明,当血液灌注率为10mL/min/100g时,最佳热疗参数组合：P=55W, Tf=10℃,h=257W/(m2·℃),尿道壁没有损伤,热透深为9.7mm；当血液灌注率为30mL/min/100g时,最佳热疗参数组合：P=55W, Tf=10℃,h=257W/(m2·℃)时,尿道壁没有损伤,热透深为9.3mm；当血液灌注率为60mL/min/100g时,最佳热疗参数组合：P=55W, Tf=15℃,h=257W/(m2·℃),尿道壁没有损伤,热透深为6.6mm。通过对前列腺增生微波热疗法的数值研究,成功地实现了微波热疗中温度场、电场、磁场和SAR的预示,对热疗方案的设计有重要的指导意义。同时,不同的前列腺增生患者病情严重程度往往不同。因此,在下一步工作中,应着重于治疗深度的不同要求做进一步的讨论,从而更有针对性地确定热疗参数。
