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CST仿真案例:射频消融术 RFA --- 生物材料,单向多物理耦合,电磁加热

来源: | 作者:thinks | 发布时间: 2023-11-17 | 966 次浏览 | 分享到:

这期我们看一个自带案例,射频消融术RF Ablation。这是一种治疗局部肿瘤的微创手术,在CT或B超等显影指导下,将特殊针头刺入肿瘤,发射RF电磁信号,加热周围肿瘤组织到达治疗的目的。

 

开启自带案例:

                           

CST仿真案例:射频消融术 RFA --- 生物材料,单向多物理耦合,电磁加热 

 

生物材料是材料拓展包中的肌肉和骨骼,模型是简单的四方体:

 

CST仿真案例:射频消融术 RFA --- 生物材料,单向多物理耦合,电磁加热 

 

CST仿真案例:射频消融术 RFA --- 生物材料,单向多物理耦合,电磁加热 

 

端口激励探针:

CST仿真案例:射频消融术 RFA --- 生物材料,单向多物理耦合,电磁加热 

 

参考线接PEC地:

CST仿真案例:射频消融术 RFA --- 生物材料,单向多物理耦合,电磁加热 

 

前往电路,可见更多的仿真任务,这里主要就是电磁和热的多物理耦合流程任务:


CST仿真案例:射频消融术 RFA --- 生物材料,单向多物理耦合,电磁加热 

 

进入电磁任务EM1,查看求解器设置:

 

CST仿真案例:射频消融术 RFA --- 生物材料,单向多物理耦合,电磁加热 

 

可见只仿了一个频点374kHz,这个是RFA的工作频率:


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边界为open拓展:

 

CST仿真案例:射频消融术 RFA --- 生物材料,单向多物理耦合,电磁加热 

 

激励信号用的是默认,所以相当于在375KHz激励了0.5RMS瓦的功率;同时可见监视器有375kHz。

 

CST仿真案例:射频消融术 RFA --- 生物材料,单向多物理耦合,电磁加热 

 

仿真电磁热耦合任务,结束后先查看电场分布,可见接地方式对电场分布还是有点影响的。实际RFA手术的接地极片是贴在患者大腿上的,所以如果要仿的更符合实际,可以用人体模型加上大腿部分,再画个PEC的地。

 

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再查看电磁损耗:

 

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然后我们进入热稳态子任务:

 

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查看耦合任务的设置,这里放大了50倍,也就是说这里热稳态模拟的是25W rms激励功率:

 

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这里也可以查看电磁损耗分布,可见功率已被放大:

 

CST仿真案例:射频消融术 RFA --- 生物材料,单向多物理耦合,电磁加热 

 

稳态的温度分布,至于达到100多度的精确性,我们最后再讨论。

 

CST仿真案例:射频消融术 RFA --- 生物材料,单向多物理耦合,电磁加热 

 

仿真之前有设定点监视器,所以可以获得某个点的稳态温度:

 

CST仿真案例:射频消融术 RFA --- 生物材料,单向多物理耦合,电磁加热 

 

CST仿真案例:射频消融术 RFA --- 生物材料,单向多物理耦合,电磁加热 

 

进入瞬时热仿真可以查看温度上升的动图:

 

CST仿真案例:射频消融术 RFA --- 生物材料,单向多物理耦合,电磁加热 

 

 

 

小结:

1.射频消融术(RFA)和微波消融(MWA)或热疗(Hyperthermia)相似,都是用电磁产热来治疗。RFA需要对探针和接地方法进行建模,然后对探针周围的生物组织进行仿真分析。分析内容一般包括激励多少功率,激励多久,以及温度分布和散热情况。

2.本案例建模较简单,没有考虑精细的伞状探针和其他接地方式;仿真方面也没有考虑网格精度、血液散热系数、详细人体模型、温变材料以及双向耦合等等方面,所以最高温度150度看上去可能有些不太实际;当然上述的建模和仿真功能都是支持的。比如下图是另一个更精确一些的RFA案例和温度分布结果:

 

CST仿真案例:射频消融术 RFA --- 生物材料,单向多物理耦合,电磁加热 

 

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(内容、图片来源:CST仿真专家之路公众号,侵删)

 

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