肝肿瘤治疗仿真：基于ANSYS传热分析

应Peake要求，本篇文章补充资料库传热学的缺失，原论文分ANSYS和COMSOL两部分，因COMSOL部分不是笔者负责，故在此不予列出，本文将详细讨论电热综合场问题。本文讨论肝肿瘤射频治疗的仿真，根据相应文献，肝肿瘤治疗应将脏器局部加热至一定温度，并持续相应时间，常用的治疗方案是将电极引入脏器并持续加热一定时间到一定的温度，该温度对癌细胞有较好的杀灭效果，虽然也会引起普通肝脏细胞的损伤，但是损伤范围相比普通的放射治疗要小得多，相关医学实验也表明，肝癌射频治疗对于小于3个病灶且癌症属于早期的患者有较高的效果，其五年存活率可达70%以上。

本文牵扯到2个物理场综合，也牵扯到流固耦合（肝脏内血管和肝组织），由于病灶位置不同，将导致每次流固耦合均不相同，为统一计算，将采用肝脏脏器组织的参数，且本文将简化处理为单个固体，也因此必然带来相应的计算误差。

实际试验仿真

电极（electrode）和肝组织（tissue）材料参数如上图所示。

图1：肝组织实验仿真结果

其中大圆柱为肝组织细胞，视为圆柱体，圆柱直径200mm，高度170mm。电极也是圆柱体，电极直径1.25mm高度30mm。建模过程不在赘述，在ANSYS中因为整个治疗过程温度并未达到稳定情况，故此应视为非稳态传热，又因为牵扯到电热两个物理场，故此，ANSYS中应选用如图所示模块。对应的材料赋予即可。对应电压50V，环境20摄氏度。（脏器试验非活物试验）

图2： 仿真模块选择

图3：仿真和试验的数据比较

图4：肝脏电阻随射频治疗变化

参照比较数据，可以看出ANSYS计算结果大致相似，但是在温度较高时有较大出入，至于误差出现的原因，在相关文献中也提及到，人体肝脏的导电性并非恒定，随着温度的变化，人体脏器的电阻先降低再升高，在温度大于100度时，人体脏器会发生碳化作用，会使得脏器的电阻急剧变大。而且，在温度较高时，液体的汽化也会导致温度异常的变高，使得计算结果和试验结果出现较大的出入。

综上，本文介绍了肝肿瘤射频治疗的仿真计算和实际试验相比较的结果，并探讨了相关的原因，因实际的病灶往往更具特殊性，所以ANSYS模拟时仅仅只能选取平均的肝组织的参数，这也会导致计算结果和实际试验出现偏差问题，肝脏本身电阻的不稳定，随着温度变化而变化，也会导致仿真和试验出现误差。然而由于缺少相关肝脏实际的温度-电阻曲线，无法给出更详细的计算结果。在此希望以后的工作能再建立在本文的基础上更进一步。

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