微波消融天线尖端功率的测量方法
【专利摘要】本发明涉及微波消融天线尖端功率的测量方法，基于由微波发生器、测温针、操作平台、数据采集仪、及计算机组成的物理平台，包括：设定测温点分布区域；开启微波发生器，获取加热前n秒内所有测温点的温度值；求得每个测温点上温度对时间的倒数；确定圆柱半轴截面；计算圆柱半轴截面内每个测温点单位体积上的功率值Qr；在微波发生器有效温度场内对每个测温点单位体积上的功率值积分，得到微波消融天线尖端功率，微波发生器有效温度场指圆柱半轴截面绕消融天线形成的圆柱体，其中微波发生器有效温度场中任意一个经过中心轴的半截面上的Qr与圆柱半轴截面上对应点的Qr都相同，所述的微波消融天线尖端功率是除去输出功率中的损耗功率的完全净功率。
【专利说明】微波消融天线尖端功率的测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及医疗用品的测量方法领域，特别涉及微波消融天线尖端功率的测量方法。
【背景技术】
[0002]在当今的生物医学治疗中，热消融术已经成为临床应用中不可或缺的有效治疗手段，特别是针对肝脏肿瘤的治疗，更有显著的疗效。
[0003]消融术的微创、快捷、有效等优点是导致临床实践中广泛应用的主要原因，而为了避免此项技术过于依赖临床医生的经验，科学标准的定量参考是制定手术规划不可或缺的关键步骤。目前我们已经通过大量的离体和动物实验，强化了定量标准，并有了初步结果，对临床实践起到了一定的作用。但在后期数据处理和分析过程中发现，在相同环境、相同设备和相同条件下，同样的输出功率会产生大小不同的消融区域面积，由此推断出在相同输出功率条件下，功率损耗不同，导致真正施加在组织上的功率不同，从而产生消融区域面积不同的现象。若一直以此数据作为临床应用中的定量标准，会产生消融不彻底，或损伤正常组织的危害，造成医学上的失误或事故。由此我们提出测量微波消融天线尖端功率的方法，降低医学失误和危害，为手术规划提供更加准确的数据。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种测量方法，用于提高消融术定量的准确性，为手术规划提供更加准确的数据。
[0005]本发明提出以微波消融天线尖端功率为参考量，测量其功率值，重新定量，规范数据标准。微波消融天线尖端功率是指除去输出功率中的损耗功率的完全净功率，其中损耗功率包括传输线的损耗功率和天线本身的损耗功率。在测量方法中，我们利用了由微波发生器、测温针、操作平台、数据采集仪、以及计算机组成的物理平台，进而获取加热前η秒内所有测温点上的温度值，再根据公式求解每个测温点单位体积上的功率值Qy由于此单位体积上的功率值均为离散点，对其进行积分求解，最终得到微波消融天线尖端功率。
[0006]此发明可解释说明相同环境、相同设备和相同条件下产生不同消融结果的问题。由此在考虑功率损耗问题的基础上，提出微波消融天线本身损耗功率的问题，并由此提出微波消融天线尖端功率的概念，提出其测量的方法，从而提高消融术定量的准确性，具有一定科学的参考依据。
[0007]本发明中所述的微波消融天线尖端功率是真正施加于组织上的真实有效功率，SP除去输出功率中的损耗功率的完全净功率，其中损耗功率包括连接输出端和微波消融天线的传输线的损耗以及微波消融天线自身的损耗功率，剩下的功率则称之为微波消融天线尖端功率。
[0008]具体技术方案如下:
[0009]微波消融天线尖端功率的测量方法，基于由微波发生器、测温针、操作平台、数据采集仪、以及计算机组成的物理平台，包括以下步骤:
[0010](I).设定测温点分布区域，所述的测温点分布区域是以微波发生器的消融天线为一边的矩形区域，该区域内各个测温点按行、列均匀分布，且一列测温点分布在消融天线上；
[0011](2).开启微波发生器，获取加热前η秒内所有测温点上的温度值，因为加热前10秒内温度的变化只认为与能量发射有关，可忽略其他因素的影响，因此η通常取10 ；
[0012](3).通过获得的温度值，求得每个测温点上温度T对时间t的线性关系，从而求得
每个测温点上温度对时间的倒数，即dT/dt[0013](4).确定圆柱半轴截面，所述的圆柱半轴截面是指测温点分布区域内，一边为消融天线，另外三边上测温点的温度数据与时间的斜率值恰好为O的矩形；
[0014]由于消融天线是圆柱体，在发射能量的时候是四面发射，造成施加的能量分布也是圆柱体，所以可以将微波发生器有效温度场看成一个等效总功率圆柱体。在圆柱体中有无数过圆柱轴的截面，沿着圆柱轴平分的一半，即为圆柱半轴截面，微波发生器有效温度场中任意一个经过中心轴的半截面上的Qr与圆柱半轴截面上对应点的Qr都相同。等效总功率圆柱体可以看成是圆柱半轴截面绕消融天线形成的圆柱体，因此可以通过确定圆柱半轴截面的边界得到等效总功率圆柱体，然后通过在等效总功率圆柱体范围内积分可得到微波消融天线尖端功率。
[0015]在测量一个半轴截面上的温度时，要确定有效测量范围，否则无法确定消融天线的能量分布边界，具体方法是，一为要求距离天线最近处的测温针需从消融天线的地方开始测量，不可与天线有距离，这样既可保证数据的全面真实性，也保证了后期计算的有效准确性。二是保证圆柱半轴截面的其他三边上的测温针恰好处于最佳位置，此位置的特殊性
在于其采集到的温度数据与时间的斜率值恰好为0，即dT/dt=0。只选取温度对时间的倒数不
为O的测温点，其余的测温点认为是无效点，不需要加以分析。边界确定后，就得到了消融天线产生的等效总功率圆柱体的具体范围，接下来根据公式计算每个测温点单位体积上的功率值Qy然后在等效总功率圆柱体的具体范围对Qr积分，即可以得到微波消融天线尖端功率。
[0016](5).计算圆柱半轴截面内每个测温点单位体积上的功率值I，计算公式如下:
【权利要求】
1.微波消融天线尖端功率的测量方法，基于由微波发生器、测温针、操作平台、数据采集仪、以及计算机组成的物理平台，其特征在于包括以下步骤: (1).设定测温点分布区域，所述的测温点分布区域是以微波发生器的消融天线为一边的矩形区域，该区域内各个测温点按行、列均匀分布，且一列测温点分布在消融天线上； (2).开启微波发生器，获取加热前η秒内所有测温点上的温度值，η小于等于10； (3).通过获得的温度值，求得每个测温点上温度T对时间t的线性关系，从而求得每个测温点上温度对时间的倒数，即1.(4).确定圆柱半轴截面，所述的圆柱半轴截面是指测温点分布区域内，一边为消融天线，另外三边上测温点的温度数据与时间的斜率值恰好为O的矩形； (5).计算圆柱半轴截面内每个测温点单位体积上的功率值A； (6).在微波发生器有效温度场内对步骤5中得到每个测温点单位体积上的功率值I积分，得到微波消融天线尖端功率，所述的微波发生器有效温度场指圆柱半轴截面绕消融天线形成的圆柱体，其中微波发生器有效温度场中任意一个经过中心轴的半截面上的Qr与圆柱半轴截面上对应点的Qr都相同，所述的微波消融天线尖端功率是除去输出功率中的损耗功率的完全净功率。
2.根据权利要求1所述的微波消融天线尖端功率的测量方法，其特征在于:步骤6中所述的积分方法如下: (1).在圆柱半轴截面内，将每一列测温点等效为一个列功率点，计算所有列功率点的在单位面积上的列功率，其中单位面积上的列功率等于每个测温点单位体积上的功率值Qr在整列上的离散积分； (2).将微波发生器有效温度场等效为多个不同半径的等效圆周，所述的等效圆周指以消融天线为圆心，列功率点环绕一周得到的圆；将多个不同半径的等效圆周等效为位于一行上的多个能量点，计算每个能量点的等效圆周功率，其中等效圆周功率等于等效圆周对应的列功率点的列功率与该等效圆周周长的乘积； (3).在能量点方向上，对所有能量点的等效圆周功率进行离散积分，即得到微波消融天线尖功率。
3.根据权利要求1所述的微波消融天线尖端功率的测量方法，其特征在于:每个测温点单位体积上的功率值I的计算公式如下:a.=其中P是被测组织密度，c是被测组织比热。
【文档编号】G01R21/02GK103901265SQ201410144166
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2014年4月10日
【发明者】南群, 聂晓慧, 刘有军, 翟飞, 郭雪梅 申请人:北京工业大学