双电极植入式微波辐射三维热场的研究
作者：梁萍 董宝玮 于晓玲 于德江 彭见曙 南群 王怀军 程志刚 苏莉
单位：梁萍、董宝玮、于晓玲、于德江、程志刚、苏莉 1000853 北京，解放军总医院超声科；彭见曙、南群、王怀军 北京工业大学生物医学工程系
关键词：超声检查；介入性；微波；治疗应用；肝肿瘤；计算机；模拟
中华超声影像学杂志990418 【摘要】 目的 监控双极植入式微波辐射在治疗肝癌中的三维热场，探索计算机模拟预测温度场的方法； 研究双导热场的温升规律，为临床一次性完全覆盖凝固较大肝肿瘤提供有效方法。方法 在单导电极微波热场的基础上，采用计算机模拟，得到三种不同功率及作用时间下(40 W 30 min，50 W 10 min，60 W 300 s)双针摆放的最佳距离。在离体猪肝对156个点次进行了双电极微波辐射的测温，以对计算机模拟结果进行检验、校正。结果 在计算机给定两针最佳摆放距离情况下，离体猪肝温升曲线及凝固范围实测与模拟值均有较好的吻合性。40 W 30 min两微波天线距离2.2 cm时，凝固范围为6.0 cm×6.0 cm； 50 W 10 min两微波天线距离1.6 cm时，凝固范围为4.7 cm×5.3 cm； 60 W 300 s两微波天线距离1.2 cm时，凝固范围为3.9 cm×4.9 cm。结论 双微波电极同时植入，可以形成较大的凝固性坏死范围，为临床一次原位整体灭活较大肝肿瘤提供了技术条件。根据热场叠加的基本理论及实验模拟研究结果，为今后计算机模拟组合复杂热场，超声引导凝固较复杂形态肝肿瘤奠定了基础。
, 百拇医药
Study on three-dimensional thermal field of double implanted microwave radiation
LIANG Ping,DONG Baowei,YU Xiaoling,et al.Department of Ultrasound,PLA General Hospital，Beijing 100853
【Abstract】 Objective To observe three-dimensional thermal distribution and temperature rise pattern of microwave radiation induced through double implanted microwave electrodes in coagulating liver cancer,to develop the calculating method with computer simulation in order to complete coagulate larger tumor at one stroke.Methods Based on thermal distribution of single electrode,the proper distance between two electrodes was determined by computer simulation at three kinds of power output (40 W 30 min,50 W 10 min and 60 W 300 s).Above result was examined and correct through monitoring the temperature at 156 spots/times in 156 pork liver's tissue in vitro.Results Temperatures rise curve and coagulated area obtained from microwave radiation in the pork liver induced through the double electrodes coincided with value of computer simulation.Coagulated area was 6.0 cm×6.0 cm when the distance of 2.2 cm between two microwave electrodes at power output of 40 W 30 min.Coagulated area was 4.7 cm×5.3 cm when the distance of 1.6 cm between two microwave electrodes at power output of 50 W 10 min.Coagulated area was 3.9 cm×4.9 cm when the distance of 1.2 cm between two microwave electrodes at power output of 60 W 300 s.Conclusions A larger coagulate necrosis area was induced by inserting two microwave electrods simultaneously.It provides a technical basis for eliminate the liver cancer in situ at one stroke.Base on the interfere theory of thermal field and results of computer simulation,it is possible to simulate the complex thermal field with computer and to coagulate the irregular liver tumor in the feature.
, http://www.100md.com
【Key words】 Ultrasonography,interventional Microwaves,therapeutic use Liver neoplasms Computer,analog
通过前期大量的基础研究工作，我们在肝组织等效体模中建立了单支天线植入式微波辐射的计算机模拟热场图，并通过离体猪肝检验和校正，证明在不同功率及作用时间下计算机模拟热场与离体猪肝实测温度场之间有较好的吻合性。为进一步研究组合热场温度的分布，达到对于较大肿瘤一次性完全覆盖凝固灭活，我们进行了该项双电极植入式微波辐射温度分布的实验研究。
双电极置入的微波热场，不仅与加热的功率和作用时间有关，还与两个电极置入的相对位置有关。本研究就是在前期单电极微波热场的基础上，研究两支电极、相同植入深度和加热时间下，能够形成最大球形覆盖范围的两电极的最大间距。所采用的方法为首先通过计算机模拟，将两支微波针单独作用时得到的组织比吸收率(specific absorption rate,SAR)线性叠加后作为在双针模拟下的SAR，找出不同功率、作用时间下两针的最佳距离，然后将计算机模拟的结果通过离体猪肝实验进行检验、校正。
, http://www.100md.com
材料与方法
一、计算机模拟
1.模拟方法——有限元方法及求解过程： 应用有限元的方法求解微波辐射温度场，该方法是将连续的求解区域，划分成有限个离散的小区域(称为单元)，在每个单元体内，选择若干个合适的点(称为结点)作为插值点； 在这些小单元上来寻求方程的近似解函数，单元的近似解函数由用单元结点上的函数值及各阶导数值表示的插值函数来近似地线形组合构成。整个区域上的解，则由每个单元中分片近似的表达式组成。从而，就将难于求解的偏微分方程转化为代数方程组来求解。
整个基于有限元法的计算过程(包括前处理—空间离散，有限元方程的推导和后处理-进一步参数计算，数据输出，表格及曲线图的绘制等)都是利用美国ANSYS(V5.3版)有限元程序完成的。其中代数方程组的解算选用波前法，在2 000个节点情况下，计算所用时间为4分钟左右。
, 百拇医药 2.模拟结果： 对于不同功率和加热时间下的两针的最佳距离的模拟结果见表1。
表1 不同功率和加热时间下两针最佳距离的模拟结果 功率(W)
微波作用时间(s)
两针最佳距离(cm)
60
300
1.2
50
600
1.6
40
1 800
, 百拇医药
2.2
二、实验材料与装置
1.实验材料： 离体新鲜正常猪肝。按单导实验中能量分组60 W 300 s(每100 s中间间隔10 s)、50 W 10 min、40 W 30 min，共分成三大组，每组进行10～12点的离体猪肝测温，而每个测温点至少有3次重复，实验共进行25次，在15个离体猪肝上对156个点次分别进行了三维空间(Z、γ、θ方向)上的实际测温。热场三维空间分布见图1。
图1 热场三维空间分布示意图
为精确空间定位微波天线与测温针的位置，我们 设计使用了“
”字型有机玻璃支架，在两面平行的有机玻璃点的近中心部位上分别打直径1.7 mm、间距分别为20 mm、16 mm、12 mm六个孔，刚好放入双导微波引导针，以每孔为中心上下及外缘每间隔5 mm打一直径1 mm的孔，两个微波天线中心部位打一直径1 mm的孔，该孔上、下每隔5 mm打一直径1 mm的两个孔，以放置测温针。
, http://www.100md.com
2.测温装置： 实验采用铁-康铜热电偶测温，将热电偶装入22G PTC针中，为避免外套PTC针对热电偶的干扰，将热电偶裸露于PTC金属针外5 mm左右。尖端热电偶焊接成为感温端(热端)，另一端热电偶与冷端相连，通过补偿导线与数据采集器相连。数据采集器采用美国HP公司生产的34970A 16通道多功能数据采集器，通道扫描速度可达250通道/秒，采集器输出端可通过232接口与计算机连接，测温整个系统装置见图2。
图2 整个实验装置图
3.微波仪及穿刺针
微波仪： UMC-I(ultrasound-guided microwave coagulator)型超声引导微波凝固治疗仪，该仪器为解放军总医院超声科与航天工业总公司207所共同研制，微波频率2450 MHz，最大输出功率100 W，低损耗 50 Ω同轴电缆传输与针型微波辐射天线相连，天线表面经防粘处理，外径1.4 mm。
, 百拇医药
植入微波天线穿刺引导针： 14G PMCT (percutaneous microwave coagulation therapy)专用引导针，表面绝缘隔热处理。
三、实验方法
新鲜离体肝复温后温度在19～21℃，膈面向上平铺于操作台上。为观察微波辐射场的完整形态和便于多点放置测温针，选厚度大于6.0 cm的肝叶，首先PMCT两个引导针经有机玻璃定点支架与台面平行同时插入肝实质内7.0～8.0 cm，使微波场中心区位于肝叶最厚处中央，拔出针芯，分别沿针道送入微波辐射天线至引导针尖端斜面的上缘，退出引导针至肝被膜下1.0 cm，使辐射天线作用区完全裸露于肝实质中，沿与微波针平行方向通过支架平行穿刺放入测温针的引导针(18G PTC针)，每次实验布6～8个点，平均7.2点/次，22G测温针沿引导针送入穿刺引导针斜面上缘并固定之，测温引导针后退至少1.5 cm，使热电偶感应温度点远离金属完全放置于微波场中以保证实测数据的准确性。按设定能量辐射微波，每1秒连续记录温升过程中各点的温度。作用后连续观察30～60分钟，在不同方向剖开肝实质标本，不同切面测量并记录照相。
, 百拇医药
结 果
一、模拟结果与实验的凝固范围对比
在给定两针距离情况下，模拟结果的凝固温度范围与离体猪肝实验的凝固范围有良好的对应性(表2)。
表2 双导离体猪肝实测凝固范围与模拟凝固温度范围比较结果 能量
两天线距离(cm)
实测凝固范围(cm2)
模拟凝固温度范围(cm2)
60 W 300 s
1.2
3.9×4.9
, 百拇医药
3.9×4.8
50 W 10 min
1.6
4.7×5.3
4.6×5.1
40 W 30 min
2.2
6.0×6.0
6.0×5.0
双导离体肝剖面图(40 W 30 min)见图3A，双导模拟热场图(40 W 30 min)见图3B； 双导离体肝剖面图(50 W 10 min)见图4A，双导模拟热场图(50 W 10 min)见图4B； 双导离体肝剖面图(60 W 300 s)见图5A，双导模拟热场图(60 W 300 s)见图5B。
, 百拇医药
图3A 离体肝微波实验(双导辐射40 W 30 min) 肝标本剖面显示球形凝固，范围6.0 cm×6.0 cm
图3B 离体肝模拟微波热场图(双导辐射 40 W 30 min) 外缘绿色带表示54℃，亦呈球形，范围6.0 cm×5.0 cm
图4A 离体肝微波实验(双导辐射50 W 10 min)肝标本剖面显示球形凝固，范围4.7 cm×5.3 cm
, 百拇医药
图4B 离体肝模拟微波热场图(双导辐射50 W 10 min) 外缘绿色带表示54℃，亦呈球形，范围4.6 cm×5.1 cm
图5A 离体肝微波实验(双导辐射60 W 300 s) 肝标本剖面显示球形凝固，范围3.9 cm×4.9 cm
图5B 离体肝模拟微波热场图(双导辐射60 W 300 s) 外缘绿色带表示54℃，亦呈球形，范围3.9 cm×4.8 cm
, 百拇医药
二、两针之间温升曲线
两针之间温升曲线见图6。
图6 双针之间(6，0，5)温升曲线(60 W 300 s)
讨 论
单电极植入式微波辐射在不同的功率及作用时间下(40 W 300 s、50 W 10 min、60 W 300 s)可形成最大横径2.7～4.0 cm的完全性凝固坏死区，但在临床治疗中我们要求完全性凝固坏死区完全覆盖肿瘤外侧边缘至少5 mm[1]，因此单支微波天线作用对于直径小于3.0 cm的肿瘤可以完全覆盖，但对于直径大于3.0 cm的肿瘤难以达到一次原位灭活的目的。众所周知，肝癌为恶性程度高，生长速度较快的一种肿瘤，在生物学上有浸润特征，多无完整包膜，因此临床上肝癌以不规则的球形多见，且以直径>3.0 cm的肿瘤居多[2]，要做到一次覆盖肿瘤，应采用双导技术。
, http://www.100md.com
作为热场叠加初步探索，我们选择了同功率、同时间、同植入深度两个天线的叠加热场的模拟，并将其与实测结果比较，以验证用线性叠加的正确性[3-5]。结果表明，两者有效凝固温度范围有良好的吻合性，证明了计算机模拟方法测定温度分布是可靠的。40 W 30 min两微波天线距离2.2 cm时，凝固范围为6.0 cm×6.0 cm； 50 W 10 min两天线距离1.6 cm时，凝固范围为4.7 cm×5.3 cm; 60 W 300 s两微波天线距离1.2 cm，凝固范围3.9 cm×4.9 cm。双导同时植入的凝固范围，明显大于同功率的单导凝固范围。这为临床一次覆盖较大的肝肿瘤创造了条件。
从实测温升曲线(图6)看，双导两针之间温度较高，且高温区持续时间较长，证明两热场之间存在相互作用，使两支天线失去了单独存在时热场的轴对称性，中间区域热量的传递情况也发生改变，因而，双导模式下的热场不是两孤立热场之间的简单线性叠加，这方面的进一步研究有待于今后进行[7]。
, http://www.100md.com
总之，双微波针同时作用，可以形成更大的凝固性坏死范围，为临床一次原位灭活较大肝肿瘤提供了技术基础。模拟热场与实测热场的凝固范围有良好的吻合性，证明用计算机模拟，有限元求解方法模拟植入式微波辐射热场是可行的。根据双导的基本理论及实验研究结果，为今后计算机模拟组合复杂热场，超声引导凝固较复杂形态的肝肿瘤奠定了基础。
本课题为国家自然科学基金资助项目(39870794)
参考文献
1 董宝玮，梁萍，于小玲，等.超声引导下微波治疗肝癌的实验研究及临床初步应用.中华医学杂志，1996，76:87-91.
2 林世寅.肿瘤热疗物理学概要.医学物理，中国生物医学工程学报，1986，3(2):44-53.
3 万柏坤，程晓曼，罗经国，等.两极板电容式射频热疗中比吸收率分布的模拟计算和体模实验研究.中国生物医学工程学报，1996，15:122-127.
, http://www.100md.com
4 Chen ZP，Miller WH,Roemer RB,et al.Errors between two and three-dimensional thermal model predictions of hyperthermia treatments.Int J Hyperthermia，1990，6:175-191.
5 林世寅，万柏坤，王海盘.腔道肿瘤热疗辐射器在组织体模中三维热场分布的空间点阵测量法研究.中国医学物理学杂志，1995，12:109-116.
6 Martin GT,Haddad MG,Cravalho EG,et al.Thermal model for the local microwave hyperthermia treatment of benign prostatic hyperplasia.IEEE transactions on biomedical engineering,1992，39:836-843.
(收稿 1999-06-30), 百拇医药
单位：梁萍、董宝玮、于晓玲、于德江、程志刚、苏莉 1000853 北京，解放军总医院超声科；彭见曙、南群、王怀军 北京工业大学生物医学工程系
关键词：超声检查；介入性；微波；治疗应用；肝肿瘤；计算机；模拟
中华超声影像学杂志990418 【摘要】 目的 监控双极植入式微波辐射在治疗肝癌中的三维热场，探索计算机模拟预测温度场的方法； 研究双导热场的温升规律，为临床一次性完全覆盖凝固较大肝肿瘤提供有效方法。方法 在单导电极微波热场的基础上，采用计算机模拟，得到三种不同功率及作用时间下(40 W 30 min，50 W 10 min，60 W 300 s)双针摆放的最佳距离。在离体猪肝对156个点次进行了双电极微波辐射的测温，以对计算机模拟结果进行检验、校正。结果 在计算机给定两针最佳摆放距离情况下，离体猪肝温升曲线及凝固范围实测与模拟值均有较好的吻合性。40 W 30 min两微波天线距离2.2 cm时，凝固范围为6.0 cm×6.0 cm； 50 W 10 min两微波天线距离1.6 cm时，凝固范围为4.7 cm×5.3 cm； 60 W 300 s两微波天线距离1.2 cm时，凝固范围为3.9 cm×4.9 cm。结论 双微波电极同时植入，可以形成较大的凝固性坏死范围，为临床一次原位整体灭活较大肝肿瘤提供了技术条件。根据热场叠加的基本理论及实验模拟研究结果，为今后计算机模拟组合复杂热场，超声引导凝固较复杂形态肝肿瘤奠定了基础。
, 百拇医药
Study on three-dimensional thermal field of double implanted microwave radiation
LIANG Ping,DONG Baowei,YU Xiaoling,et al.Department of Ultrasound,PLA General Hospital，Beijing 100853
【Abstract】 Objective To observe three-dimensional thermal distribution and temperature rise pattern of microwave radiation induced through double implanted microwave electrodes in coagulating liver cancer,to develop the calculating method with computer simulation in order to complete coagulate larger tumor at one stroke.Methods Based on thermal distribution of single electrode,the proper distance between two electrodes was determined by computer simulation at three kinds of power output (40 W 30 min,50 W 10 min and 60 W 300 s).Above result was examined and correct through monitoring the temperature at 156 spots/times in 156 pork liver's tissue in vitro.Results Temperatures rise curve and coagulated area obtained from microwave radiation in the pork liver induced through the double electrodes coincided with value of computer simulation.Coagulated area was 6.0 cm×6.0 cm when the distance of 2.2 cm between two microwave electrodes at power output of 40 W 30 min.Coagulated area was 4.7 cm×5.3 cm when the distance of 1.6 cm between two microwave electrodes at power output of 50 W 10 min.Coagulated area was 3.9 cm×4.9 cm when the distance of 1.2 cm between two microwave electrodes at power output of 60 W 300 s.Conclusions A larger coagulate necrosis area was induced by inserting two microwave electrods simultaneously.It provides a technical basis for eliminate the liver cancer in situ at one stroke.Base on the interfere theory of thermal field and results of computer simulation,it is possible to simulate the complex thermal field with computer and to coagulate the irregular liver tumor in the feature.
, http://www.100md.com
【Key words】 Ultrasonography,interventional Microwaves,therapeutic use Liver neoplasms Computer,analog
通过前期大量的基础研究工作，我们在肝组织等效体模中建立了单支天线植入式微波辐射的计算机模拟热场图，并通过离体猪肝检验和校正，证明在不同功率及作用时间下计算机模拟热场与离体猪肝实测温度场之间有较好的吻合性。为进一步研究组合热场温度的分布，达到对于较大肿瘤一次性完全覆盖凝固灭活，我们进行了该项双电极植入式微波辐射温度分布的实验研究。
双电极置入的微波热场，不仅与加热的功率和作用时间有关，还与两个电极置入的相对位置有关。本研究就是在前期单电极微波热场的基础上，研究两支电极、相同植入深度和加热时间下，能够形成最大球形覆盖范围的两电极的最大间距。所采用的方法为首先通过计算机模拟，将两支微波针单独作用时得到的组织比吸收率(specific absorption rate,SAR)线性叠加后作为在双针模拟下的SAR，找出不同功率、作用时间下两针的最佳距离，然后将计算机模拟的结果通过离体猪肝实验进行检验、校正。
, http://www.100md.com
材料与方法
一、计算机模拟
1.模拟方法——有限元方法及求解过程： 应用有限元的方法求解微波辐射温度场，该方法是将连续的求解区域，划分成有限个离散的小区域(称为单元)，在每个单元体内，选择若干个合适的点(称为结点)作为插值点； 在这些小单元上来寻求方程的近似解函数，单元的近似解函数由用单元结点上的函数值及各阶导数值表示的插值函数来近似地线形组合构成。整个区域上的解，则由每个单元中分片近似的表达式组成。从而，就将难于求解的偏微分方程转化为代数方程组来求解。
整个基于有限元法的计算过程(包括前处理—空间离散，有限元方程的推导和后处理-进一步参数计算，数据输出，表格及曲线图的绘制等)都是利用美国ANSYS(V5.3版)有限元程序完成的。其中代数方程组的解算选用波前法，在2 000个节点情况下，计算所用时间为4分钟左右。
, 百拇医药 2.模拟结果： 对于不同功率和加热时间下的两针的最佳距离的模拟结果见表1。
表1 不同功率和加热时间下两针最佳距离的模拟结果 功率(W)
微波作用时间(s)
两针最佳距离(cm)
60
300
1.2
50
600
1.6
40
1 800
, 百拇医药
2.2
二、实验材料与装置
1.实验材料： 离体新鲜正常猪肝。按单导实验中能量分组60 W 300 s(每100 s中间间隔10 s)、50 W 10 min、40 W 30 min，共分成三大组，每组进行10～12点的离体猪肝测温，而每个测温点至少有3次重复，实验共进行25次，在15个离体猪肝上对156个点次分别进行了三维空间(Z、γ、θ方向)上的实际测温。热场三维空间分布见图1。
图1 热场三维空间分布示意图
为精确空间定位微波天线与测温针的位置，我们 设计使用了“
”字型有机玻璃支架，在两面平行的有机玻璃点的近中心部位上分别打直径1.7 mm、间距分别为20 mm、16 mm、12 mm六个孔，刚好放入双导微波引导针，以每孔为中心上下及外缘每间隔5 mm打一直径1 mm的孔，两个微波天线中心部位打一直径1 mm的孔，该孔上、下每隔5 mm打一直径1 mm的两个孔，以放置测温针。, http://www.100md.com
2.测温装置： 实验采用铁-康铜热电偶测温，将热电偶装入22G PTC针中，为避免外套PTC针对热电偶的干扰，将热电偶裸露于PTC金属针外5 mm左右。尖端热电偶焊接成为感温端(热端)，另一端热电偶与冷端相连，通过补偿导线与数据采集器相连。数据采集器采用美国HP公司生产的34970A 16通道多功能数据采集器，通道扫描速度可达250通道/秒，采集器输出端可通过232接口与计算机连接，测温整个系统装置见图2。
图2 整个实验装置图
3.微波仪及穿刺针
微波仪： UMC-I(ultrasound-guided microwave coagulator)型超声引导微波凝固治疗仪，该仪器为解放军总医院超声科与航天工业总公司207所共同研制，微波频率2450 MHz，最大输出功率100 W，低损耗 50 Ω同轴电缆传输与针型微波辐射天线相连，天线表面经防粘处理，外径1.4 mm。
, 百拇医药
植入微波天线穿刺引导针： 14G PMCT (percutaneous microwave coagulation therapy)专用引导针，表面绝缘隔热处理。
三、实验方法
新鲜离体肝复温后温度在19～21℃，膈面向上平铺于操作台上。为观察微波辐射场的完整形态和便于多点放置测温针，选厚度大于6.0 cm的肝叶，首先PMCT两个引导针经有机玻璃定点支架与台面平行同时插入肝实质内7.0～8.0 cm，使微波场中心区位于肝叶最厚处中央，拔出针芯，分别沿针道送入微波辐射天线至引导针尖端斜面的上缘，退出引导针至肝被膜下1.0 cm，使辐射天线作用区完全裸露于肝实质中，沿与微波针平行方向通过支架平行穿刺放入测温针的引导针(18G PTC针)，每次实验布6～8个点，平均7.2点/次，22G测温针沿引导针送入穿刺引导针斜面上缘并固定之，测温引导针后退至少1.5 cm，使热电偶感应温度点远离金属完全放置于微波场中以保证实测数据的准确性。按设定能量辐射微波，每1秒连续记录温升过程中各点的温度。作用后连续观察30～60分钟，在不同方向剖开肝实质标本，不同切面测量并记录照相。
, 百拇医药
结 果
一、模拟结果与实验的凝固范围对比
在给定两针距离情况下，模拟结果的凝固温度范围与离体猪肝实验的凝固范围有良好的对应性(表2)。
表2 双导离体猪肝实测凝固范围与模拟凝固温度范围比较结果 能量
两天线距离(cm)
实测凝固范围(cm2)
模拟凝固温度范围(cm2)
60 W 300 s
1.2
3.9×4.9
, 百拇医药
3.9×4.8
50 W 10 min
1.6
4.7×5.3
4.6×5.1
40 W 30 min
2.2
6.0×6.0
6.0×5.0
双导离体肝剖面图(40 W 30 min)见图3A，双导模拟热场图(40 W 30 min)见图3B； 双导离体肝剖面图(50 W 10 min)见图4A，双导模拟热场图(50 W 10 min)见图4B； 双导离体肝剖面图(60 W 300 s)见图5A，双导模拟热场图(60 W 300 s)见图5B。
, 百拇医药
图3A 离体肝微波实验(双导辐射40 W 30 min) 肝标本剖面显示球形凝固，范围6.0 cm×6.0 cm
图3B 离体肝模拟微波热场图(双导辐射 40 W 30 min) 外缘绿色带表示54℃，亦呈球形，范围6.0 cm×5.0 cm
图4A 离体肝微波实验(双导辐射50 W 10 min)肝标本剖面显示球形凝固，范围4.7 cm×5.3 cm
, 百拇医药
图4B 离体肝模拟微波热场图(双导辐射50 W 10 min) 外缘绿色带表示54℃，亦呈球形，范围4.6 cm×5.1 cm
图5A 离体肝微波实验(双导辐射60 W 300 s) 肝标本剖面显示球形凝固，范围3.9 cm×4.9 cm
图5B 离体肝模拟微波热场图(双导辐射60 W 300 s) 外缘绿色带表示54℃，亦呈球形，范围3.9 cm×4.8 cm
, 百拇医药
二、两针之间温升曲线
两针之间温升曲线见图6。
图6 双针之间(6，0，5)温升曲线(60 W 300 s)
讨 论
单电极植入式微波辐射在不同的功率及作用时间下(40 W 300 s、50 W 10 min、60 W 300 s)可形成最大横径2.7～4.0 cm的完全性凝固坏死区，但在临床治疗中我们要求完全性凝固坏死区完全覆盖肿瘤外侧边缘至少5 mm[1]，因此单支微波天线作用对于直径小于3.0 cm的肿瘤可以完全覆盖，但对于直径大于3.0 cm的肿瘤难以达到一次原位灭活的目的。众所周知，肝癌为恶性程度高，生长速度较快的一种肿瘤，在生物学上有浸润特征，多无完整包膜，因此临床上肝癌以不规则的球形多见，且以直径>3.0 cm的肿瘤居多[2]，要做到一次覆盖肿瘤，应采用双导技术。
, http://www.100md.com
作为热场叠加初步探索，我们选择了同功率、同时间、同植入深度两个天线的叠加热场的模拟，并将其与实测结果比较，以验证用线性叠加的正确性[3-5]。结果表明，两者有效凝固温度范围有良好的吻合性，证明了计算机模拟方法测定温度分布是可靠的。40 W 30 min两微波天线距离2.2 cm时，凝固范围为6.0 cm×6.0 cm； 50 W 10 min两天线距离1.6 cm时，凝固范围为4.7 cm×5.3 cm; 60 W 300 s两微波天线距离1.2 cm，凝固范围3.9 cm×4.9 cm。双导同时植入的凝固范围，明显大于同功率的单导凝固范围。这为临床一次覆盖较大的肝肿瘤创造了条件。
从实测温升曲线(图6)看，双导两针之间温度较高，且高温区持续时间较长，证明两热场之间存在相互作用，使两支天线失去了单独存在时热场的轴对称性，中间区域热量的传递情况也发生改变，因而，双导模式下的热场不是两孤立热场之间的简单线性叠加，这方面的进一步研究有待于今后进行[7]。
, http://www.100md.com
总之，双微波针同时作用，可以形成更大的凝固性坏死范围，为临床一次原位灭活较大肝肿瘤提供了技术基础。模拟热场与实测热场的凝固范围有良好的吻合性，证明用计算机模拟，有限元求解方法模拟植入式微波辐射热场是可行的。根据双导的基本理论及实验研究结果，为今后计算机模拟组合复杂热场，超声引导凝固较复杂形态的肝肿瘤奠定了基础。
本课题为国家自然科学基金资助项目(39870794)
参考文献
1 董宝玮，梁萍，于小玲，等.超声引导下微波治疗肝癌的实验研究及临床初步应用.中华医学杂志，1996，76:87-91.
2 林世寅.肿瘤热疗物理学概要.医学物理，中国生物医学工程学报，1986，3(2):44-53.
3 万柏坤，程晓曼，罗经国，等.两极板电容式射频热疗中比吸收率分布的模拟计算和体模实验研究.中国生物医学工程学报，1996，15:122-127.
, http://www.100md.com
4 Chen ZP，Miller WH,Roemer RB,et al.Errors between two and three-dimensional thermal model predictions of hyperthermia treatments.Int J Hyperthermia，1990，6:175-191.
5 林世寅，万柏坤，王海盘.腔道肿瘤热疗辐射器在组织体模中三维热场分布的空间点阵测量法研究.中国医学物理学杂志，1995，12:109-116.
6 Martin GT,Haddad MG,Cravalho EG,et al.Thermal model for the local microwave hyperthermia treatment of benign prostatic hyperplasia.IEEE transactions on biomedical engineering,1992，39:836-843.
(收稿 1999-06-30), 百拇医药