CST仿真实例：热疗Hyperthermia -生物模型，血液对流，多物理

这期我们看一个自带案例，高温热疗。和射频消融术一样，都是用电磁能量加热局部肿瘤组织，从而达到治疗目的。

打开案例：

该案例是模拟直肠癌患者的治疗，为了防止皮肤表面对电磁波的强反射，案例用了一个圆柱水材料模型模拟水袋。

天线是8个偶极子，材料和床板都是有热仿真参数的PEC：

再看组织材料，是voxel像素模型：

其中血管除了热仿真参数，还有个bloodflow，人体血液灌注率（bloodperfusion coefficient），与温度相关；这个数据可由血液流速和密度等数据进行推导，详情见帮助文档。

再看肌肉，血液灌注率明显没血液高，但是多了一个新陈代谢率：

再看皮肤，又多了一个体表对流系数：

其他几十种人体组织材料我们就不看了。

下面查看仿真设置，电磁和热耦合任务在电路中：

其中HF是高频仿真子任务，我们看一下求解器的激励情况，可见是同时激励的：

实际操作中，激励不会这么简单，多振幅和相位的调整就可以控制高温的区域。功耗监视器已添加，后处理中添加了计算热损耗的模板，这两样都是电磁和热耦合仿真的重点：

热仿真用的THs稳态求解器，等下再看，我们直接主任务电路中更新全部子任务开始仿真：

先看看HF这个子任务的电磁结果，电磁造成的热损是3.35W：

损耗密度：

然后我们去到热仿真子任务，功率是电磁结果放大了50倍；这里有个特殊设置，计算血液流动：

查看温度分布：

这里热仿真还加了一些后处理，从模板名字看可知都是一些结果参数的再提取：

其实这些结果都在1D结果里面了，再提取就成了0D结果：

这里我们就看这个heat flow value的结果文档就好了，是个总结：

可见热源和热流向包括：

1.     生物新陈代谢产热99.732W

2.     血液灌注组织产热41.197W

3.     电磁损耗产热167.940W

4.     生物模型对流散热307.111W

所以，总热量为99.732+41.197+167.940-307.111=1.758W。

可能这里有人问了，血流为什么是产生热量？不是应该像水冷电脑那样排出热量吗？这是因为温度升高，血管扩张，流速加快，增加组织散热，这个效果就相当于血液本身产热了，并且是和温度呈线性相关的，所以bloodflow系数有个K，而新陈代谢系数中没有K。

如果看热流密度的话，可见主要流动发生在直肠热点附近，和周围脂肪进行的的热交换；以及皮肤表面和环境之间的热对流，以及后背和桌面之间的热传导。

小结：

1.     本案是生物模型的电磁与热仿真，考虑新陈代谢、体表散热以及血流对温度的影响；

2.     本案例只是简单演示，并没有对射频激励、热点、网格收敛等内容进行深入分析。

3.     本案例是稳态温度结果，若需要研究瞬态的加热过程，可用Tht求解器。