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高频ns脉冲串作用下肝脏肿瘤热效应的多参数有限元仿真

米彦; 芮少琴; 李成祥; 姚陈果; 徐进; 卞昌浩; 唐雪峰 高电压技术 2017年第08期

摘要:为了综合传统不可逆电穿孔和ns脉冲的特点,充分发挥脉冲电场非热治疗肿瘤的优势,将高频ns脉冲串引入到消融肿瘤组织的应用中,并研究了此高频ns脉冲串在生物组织中产生的热效应。通过多参数有限元方法对施加1对针电极的肝脏和肿瘤组织的温度以及热损伤进行了仿真,施加的电压范围为1-4kV,脉冲宽度范围为50-500ns,重复频率介于100kHZ-1MHz之间,脉冲串长度为100μs,脉冲串的重复频率为1Hz。使用Pennes生物传热方程计算电热耦合下的温度,并根据Arrhenius公式计算热损伤。结果表明:肿瘤在单个脉冲串作用下在100μs时刻达到的最高温度为49.26℃;在1s时刻最高温度为40.4℃,经过1s时刻之后热损伤的累积程度只有0.0016,不会造成热损伤:通过参数拟合,可以得到任意参数下的组织温度以及热损伤。研究结果可为将来的实验研究提供参数选择的理论依据。

关键词:温度热损伤肿瘤高频ns脉冲串pennes生物传热方程

单位:重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室; 重庆400030; 国网天津市电力公司检修公司; 天津300232

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