面向热消融治疗的软组织有限应变各向异性热-黏-超弹性动力学实时分析
计算工程、金融与科学
2022-01-03 v2
摘要
准确高效地预测软组织温度对于热消融的计算机辅助治疗系统至关重要。它可用于预测组织温度与消融体积，以支持个性化治疗规划与图像引导介入。在数值上，这需要对耦合的计算生物传热与生物力学进行全非线性建模以及高效的求解流程；然而，现有研究仅考虑生物传热分析或耦合的线性分析，而未进行全耦合非线性分析。我们提出一种基于有限应变热弹性学与总拉格朗日显式动力学的耦合热-黏-超弹性有限元算法。它考虑以下耦合非线性分析：(i) 软组织变形下的生物传热，以及 (ii) 由热膨胀/收缩引起的软组织变形。所提方法考虑了软组织的各向异性、有限应变、温度相关、热与黏弹性行为，并采用 GPU 加速实现实时计算。我们还通过对肝脏热消融的仿真展示了所提方法在临床应用中的转化益处。所提方法的关键优势在于，它实现了对软组织各向异性、有限应变、温度相关、热与黏弹性行为的全非线性建模，而非现有方法中的线性弹性、线性黏弹性与仅热建模。它还为计算机辅助治疗系统提供了高计算速度，使操作者能够准确模拟热消融并立即可视化组织温度与消融区域。
引用
@article{arxiv.2009.10400,
title = {Towards real-time finite-strain anisotropic thermo-visco-elastodynamic analysis of soft tissues for thermal ablative therapy},
author = {Jinao Zhang and Remi Jacob Lay and Stuart K. Roberts and Sunita Chauhan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2009.10400},
year = {2022}
}
备注
Submitted to Computer Methods and Programs in Biomedicine