微波消融天線尖端功率的測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及微波消融天線尖端功率的測量方法，基于由微波發(fā)生器、測溫針、操作平臺、數(shù)據(jù)采集儀、及計算機組成的物理平臺，包括：設(shè)定測溫點分布區(qū)域；開啟微波發(fā)生器，獲取加熱前n秒內(nèi)所有測溫點的溫度值；求得每個測溫點上溫度對時間的倒數(shù)；確定圓柱半軸截面；計算圓柱半軸截面內(nèi)每個測溫點單位體積上的功率值Qr；在微波發(fā)生器有效溫度場內(nèi)對每個測溫點單位體積上的功率值積分，得到微波消融天線尖端功率，微波發(fā)生器有效溫度場指圓柱半軸截面繞消融天線形成的圓柱體，其中微波發(fā)生器有效溫度場中任意一個經(jīng)過中心軸的半截面上的Qr與圓柱半軸截面上對應(yīng)點的Qr都相同，所述的微波消融天線尖端功率是除去輸出功率中的損耗功率的完全凈功率。
【專利說明】微波消融天線尖端功率的測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療用品的測量方法領(lǐng)域，特別涉及微波消融天線尖端功率的測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在當今的生物醫(yī)學治療中，熱消融術(shù)已經(jīng)成為臨床應(yīng)用中不可或缺的有效治療手段，特別是針對肝臟腫瘤的治療，更有顯著的療效。
[0003]消融術(shù)的微創(chuàng)、快捷、有效等優(yōu)點是導(dǎo)致臨床實踐中廣泛應(yīng)用的主要原因，而為了避免此項技術(shù)過于依賴臨床醫(yī)生的經(jīng)驗，科學標準的定量參考是制定手術(shù)規(guī)劃不可或缺的關(guān)鍵步驟。目前我們已經(jīng)通過大量的離體和動物實驗，強化了定量標準，并有了初步結(jié)果，對臨床實踐起到了一定的作用。但在后期數(shù)據(jù)處理和分析過程中發(fā)現(xiàn)，在相同環(huán)境、相同設(shè)備和相同條件下，同樣的輸出功率會產(chǎn)生大小不同的消融區(qū)域面積，由此推斷出在相同輸出功率條件下，功率損耗不同，導(dǎo)致真正施加在組織上的功率不同，從而產(chǎn)生消融區(qū)域面積不同的現(xiàn)象。若一直以此數(shù)據(jù)作為臨床應(yīng)用中的定量標準，會產(chǎn)生消融不徹底，或損傷正常組織的危害，造成醫(yī)學上的失誤或事故。由此我們提出測量微波消融天線尖端功率的方法，降低醫(yī)學失誤和危害，為手術(shù)規(guī)劃提供更加準確的數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種測量方法，用于提高消融術(shù)定量的準確性，為手術(shù)規(guī)劃提供更加準確的數(shù)據(jù)。
[0005]本發(fā)明提出以微波消融天線尖端功率為參考量，測量其功率值，重新定量，規(guī)范數(shù)據(jù)標準。微波消融天線尖端功率是指除去輸出功率中的損耗功率的完全凈功率，其中損耗功率包括傳輸線的損耗功率和天線本身的損耗功率。在測量方法中，我們利用了由微波發(fā)生器、測溫針、操作平臺、數(shù)據(jù)采集儀、以及計算機組成的物理平臺，進而獲取加熱前η秒內(nèi)所有測溫點上的溫度值，再根據(jù)公式求解每個測溫點單位體積上的功率值Qy由于此單位體積上的功率值均為離散點，對其進行積分求解，最終得到微波消融天線尖端功率。
[0006]此發(fā)明可解釋說明相同環(huán)境、相同設(shè)備和相同條件下產(chǎn)生不同消融結(jié)果的問題。由此在考慮功率損耗問題的基礎(chǔ)上，提出微波消融天線本身損耗功率的問題，并由此提出微波消融天線尖端功率的概念，提出其測量的方法，從而提高消融術(shù)定量的準確性，具有一定科學的參考依據(jù)。
[0007]本發(fā)明中所述的微波消融天線尖端功率是真正施加于組織上的真實有效功率，SP除去輸出功率中的損耗功率的完全凈功率，其中損耗功率包括連接輸出端和微波消融天線的傳輸線的損耗以及微波消融天線自身的損耗功率，剩下的功率則稱之為微波消融天線尖端功率。
[0008]具體技術(shù)方案如下:
[0009]微波消融天線尖端功率的測量方法，基于由微波發(fā)生器、測溫針、操作平臺、數(shù)據(jù)采集儀、以及計算機組成的物理平臺，包括以下步驟:
[0010](I).設(shè)定測溫點分布區(qū)域，所述的測溫點分布區(qū)域是以微波發(fā)生器的消融天線為一邊的矩形區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)各個測溫點按行、列均勻分布，且一列測溫點分布在消融天線上；
[0011](2).開啟微波發(fā)生器，獲取加熱前η秒內(nèi)所有測溫點上的溫度值，因為加熱前10秒內(nèi)溫度的變化只認為與能量發(fā)射有關(guān)，可忽略其他因素的影響，因此η通常取10 ；
[0012](3).通過獲得的溫度值，求得每個測溫點上溫度T對時間t的線性關(guān)系，從而求得
每個測溫點上溫度對時間的倒數(shù)，即dT/dt[0013](4).確定圓柱半軸截面，所述的圓柱半軸截面是指測溫點分布區(qū)域內(nèi)，一邊為消融天線，另外三邊上測溫點的溫度數(shù)據(jù)與時間的斜率值恰好為O的矩形；
[0014]由于消融天線是圓柱體，在發(fā)射能量的時候是四面發(fā)射，造成施加的能量分布也是圓柱體，所以可以將微波發(fā)生器有效溫度場看成一個等效總功率圓柱體。在圓柱體中有無數(shù)過圓柱軸的截面，沿著圓柱軸平分的一半，即為圓柱半軸截面，微波發(fā)生器有效溫度場中任意一個經(jīng)過中心軸的半截面上的Qr與圓柱半軸截面上對應(yīng)點的Qr都相同。等效總功率圓柱體可以看成是圓柱半軸截面繞消融天線形成的圓柱體，因此可以通過確定圓柱半軸截面的邊界得到等效總功率圓柱體，然后通過在等效總功率圓柱體范圍內(nèi)積分可得到微波消融天線尖端功率。
[0015]在測量一個半軸截面上的溫度時，要確定有效測量范圍，否則無法確定消融天線的能量分布邊界，具體方法是，一為要求距離天線最近處的測溫針需從消融天線的地方開始測量，不可與天線有距離，這樣既可保證數(shù)據(jù)的全面真實性，也保證了后期計算的有效準確性。二是保證圓柱半軸截面的其他三邊上的測溫針恰好處于最佳位置，此位置的特殊性
在于其采集到的溫度數(shù)據(jù)與時間的斜率值恰好為0，即dT/dt=0。只選取溫度對時間的倒數(shù)不
為O的測溫點，其余的測溫點認為是無效點，不需要加以分析。邊界確定后，就得到了消融天線產(chǎn)生的等效總功率圓柱體的具體范圍，接下來根據(jù)公式計算每個測溫點單位體積上的功率值Qy然后在等效總功率圓柱體的具體范圍對Qr積分，即可以得到微波消融天線尖端功率。
[0016](5).計算圓柱半軸截面內(nèi)每個測溫點單位體積上的功率值I，計算公式如下:
【權(quán)利要求】
1.微波消融天線尖端功率的測量方法，基于由微波發(fā)生器、測溫針、操作平臺、數(shù)據(jù)采集儀、以及計算機組成的物理平臺，其特征在于包括以下步驟: (1).設(shè)定測溫點分布區(qū)域，所述的測溫點分布區(qū)域是以微波發(fā)生器的消融天線為一邊的矩形區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)各個測溫點按行、列均勻分布，且一列測溫點分布在消融天線上； (2).開啟微波發(fā)生器，獲取加熱前η秒內(nèi)所有測溫點上的溫度值，η小于等于10； (3).通過獲得的溫度值，求得每個測溫點上溫度T對時間t的線性關(guān)系，從而求得每個測溫點上溫度對時間的倒數(shù)，即1.(4).確定圓柱半軸截面，所述的圓柱半軸截面是指測溫點分布區(qū)域內(nèi)，一邊為消融天線，另外三邊上測溫點的溫度數(shù)據(jù)與時間的斜率值恰好為O的矩形； (5).計算圓柱半軸截面內(nèi)每個測溫點單位體積上的功率值A(chǔ)； (6).在微波發(fā)生器有效溫度場內(nèi)對步驟5中得到每個測溫點單位體積上的功率值I積分，得到微波消融天線尖端功率，所述的微波發(fā)生器有效溫度場指圓柱半軸截面繞消融天線形成的圓柱體，其中微波發(fā)生器有效溫度場中任意一個經(jīng)過中心軸的半截面上的Qr與圓柱半軸截面上對應(yīng)點的Qr都相同，所述的微波消融天線尖端功率是除去輸出功率中的損耗功率的完全凈功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波消融天線尖端功率的測量方法，其特征在于:步驟6中所述的積分方法如下: (1).在圓柱半軸截面內(nèi)，將每一列測溫點等效為一個列功率點，計算所有列功率點的在單位面積上的列功率，其中單位面積上的列功率等于每個測溫點單位體積上的功率值Qr在整列上的離散積分； (2).將微波發(fā)生器有效溫度場等效為多個不同半徑的等效圓周，所述的等效圓周指以消融天線為圓心，列功率點環(huán)繞一周得到的圓；將多個不同半徑的等效圓周等效為位于一行上的多個能量點，計算每個能量點的等效圓周功率，其中等效圓周功率等于等效圓周對應(yīng)的列功率點的列功率與該等效圓周周長的乘積； (3).在能量點方向上，對所有能量點的等效圓周功率進行離散積分，即得到微波消融天線尖功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波消融天線尖端功率的測量方法，其特征在于:每個測溫點單位體積上的功率值I的計算公式如下:a.=其中P是被測組織密度，c是被測組織比熱。
【文檔編號】G01R21/02GK103901265SQ201410144166
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】南群, 聶曉慧, 劉有軍, 翟飛, 郭雪梅 申請人:北京工業(yè)大學