深部肿瘤微波热疗近场聚焦天线关键技术研究

In microwave hyperthermia for deep located tumor, the key factor affecting the quality of therapy is the reasonable distribution of energy delivered on the tumor tissue. How to improve the radiation efficiency of antenna and make the transmitted power accumulated in the deep tumor area is the key technology of microwave hyperthermia. In this project, we intent to utilize the theory of power transmission in network to design near-field focusing antenn.The excitation parameters of the transmitting array can be obtained by calculating the scattering parameters and the best transmission efficiency of the networks. The relationship between the focusing cabability and the form and number and locations and distances of the antennae is investigated.The dependence of focusing volume on form and numbers of the receiving antenna is also analyzed. Based on the research in the project, the microwave hyperthermia treatment planning can be quickly maded based on the designed near-field focusing antenna for different case of tumor hyperthermia.

针对人体深部肿瘤，影响其微波热疗的关键因素是微波能量在肿瘤组织中的合理分布。如何提高天线的辐射效率及将其辐射的能量聚集在深部肿瘤组织上是目前微波热疗天线技术的研究热点。本项目拟采用能量传输网络的优化传输理论来设计微波热疗近场聚焦天线，通过建立体外发射天线与体内肿瘤区域虚拟测试接收天线之间的能量传输网络，并计算网络系统之间的散射参数来获取最大能量传输效率和发射天线的最佳激励参数。研究发射天线单元形式、数量、布局方式及其相互之间的距离对聚焦性能的影响；研究测试天线形式和数量对聚焦天线的能量聚集体积大小的影响。通过本项目的研究，可以促进微波热疗计划的快速制订及聚焦天线在具有个性化的肿瘤微波热疗案例中的应用。

肿瘤靶向加热是化药治疗一种增效疗法，即对病灶区域进行局部加热后，药物在病灶区域的反应相对强烈，在正常组织反应微弱或不反应。因此，这种增效疗法可以降低药物对人的副作用，提高病人的存生效率。.本项目研究适用于人体深部肿瘤加热的非侵入式聚焦天线设计方法。在相关方法研究基础上，设计、加工和测试了几款阵列聚焦天线，论证了这种非侵入式的人体深部区域加热的可行性。.（1）平面热疗阵列聚焦天线.首先提出了两种平面结构的聚焦阵列天线，工作频率ISM Band的433MHz，其中一款在脂肪组织内部实现透射深度达17.4cm的聚焦；另一款在等效人体组织内部达到21cm, 其中包括8.5cm的自由空间和匹配介质深度。研究结果表明，通过合理设计，聚焦天线可以实现人体深部病灶组织的能量聚焦，从而达到靶向加热的目的。相关成果发表在IET Microwave Antennas Propagation上。.（2）环形热疗阵列聚焦天线.为了提高微波能量的应用效率及聚焦精度，提出了一种环形阵列聚焦天线。天线由六个平面构成封闭环，在内部人体模型内部实现透射深度范围3.5cm-7cm任意位置的聚焦。并通过设计单层匹配介质来增强微波透射，提高了聚焦效率。研究结果的意义在于这种结构更适用于实际临床应用，通过调整不同的人体模型或同一模型不同聚焦位置的聚焦，表明聚焦天线针对具体案例，可以实现不同的聚焦特性，具有较好的稳健性能。相关成果发表在IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters上。