CST仿真實例：熱療Hyperthermia -生物模型，血液對流，多物理

這期我們看一個自帶案例，高溫熱療。和射頻消融術一樣，都是用電磁能量加熱局部腫瘤組織，從而達到治療目的。

打開案例：

該案例是模擬直腸癌患者的治療，為了防止皮膚表面對電磁波的強反射，案例用了一個圓柱水材料模型模擬水袋。

天線是8個偶極子，材料和床板都是有熱仿真參數的PEC：

再看組織材料，是voxel像素模型：

其中血管除了熱仿真參數，還有個bloodflow，人體血液灌注率（bloodperfusion coefficient），與溫度相關；這個數據可由血液流速和密度等數據進行推導，詳情見幫助文檔。

再看肌肉，血液灌注率明顯沒血液高，但是多了一個新陳代謝率：

再看皮膚，又多了一個體表對流系數：

其他幾十種人體組織材料我們就不看了。

下面查看仿真設置，電磁和熱耦合任務在電路中：

其中HF是高頻仿真子任務，我們看一下求解器的激勵情況，可見是同時激勵的：

實際操作中，激勵不會這么簡單，多振幅和相位的調整就可以控制高溫的區域。功耗監視器已添加，后處理中添加了計算熱損耗的模板，這兩樣都是電磁和熱耦合仿真的重點：

熱仿真用的THs穩態求解器，等下再看，我們直接主任務電路中更新全部子任務開始仿真：

先看看HF這個子任務的電磁結果，電磁造成的熱損是3.35W：

損耗密度：

然后我們去到熱仿真子任務，功率是電磁結果放大了50倍；這里有個特殊設置，計算血液流動：

查看溫度分布：

這里熱仿真還加了一些后處理，從模板名字看可知都是一些結果參數的再提取：

其實這些結果都在1D結果里面了，再提取就成了0D結果：

這里我們就看這個heat flow value的結果文檔就好了，是個總結：

可見熱源和熱流向包括：

1.     生物新陳代謝產熱99.732W

2.     血液灌注組織產熱41.197W

3.     電磁損耗產熱167.940W

4.     生物模型對流散熱307.111W

所以，總熱量為99.732+41.197+167.940-307.111=1.758W。

可能這里有人問了，血流為什么是產生熱量？不是應該像水冷電腦那樣排出熱量嗎？這是因為溫度升高，血管擴張，流速加快，增加組織散熱，這個效果就相當于血液本身產熱了，并且是和溫度呈線性相關的，所以bloodflow系數有個K，而新陳代謝系數中沒有K。

如果看熱流密度的話，可見主要流動發生在直腸熱點附近，和周圍脂肪進行的的熱交換；以及皮膚表面和環境之間的熱對流，以及后背和桌面之間的熱傳導。

小結：

1.     本案是生物模型的電磁與熱仿真，考慮新陳代謝、體表散熱以及血流對溫度的影響；

2.     本案例只是簡單演示，并沒有對射頻激勵、熱點、網格收斂等內容進行深入分析。

3.     本案例是穩態溫度結果，若需要研究瞬態的加熱過程，可用Tht求解器。