【正文】 osed loop control system 24 simulation to optimize control parameters. Previously, researchers often applied constant power, or used timeconsuming trialanderror methods to determine required voltage. Furthermore, if control parameters and algorithms of mercial devices are known or can be measured, an accurate simulation of mercial devices is possible. Authors39。103 1/s [15]. An input file was submitted to ABAQUS, in which geometry, material properties, step time and boundary conditions were specified. The applied voltage was one of the boundary conditions and remained constant during each step. ABAQUS created a results file in which temperatures of all nodes of the FEM model at the end of the step were written. We created a C++ program that reads the temperature at the electrode tip from the results file and creates a new input file where the applied voltage is set according to a control algorithm。K)), and wbl is the blood perfusion (1/s). hbl is the convective heat transfer coefficient accounting for the blood perfusion. Qm (W/m3) is the energy generated by metabolic processes and was neglected since it is small pared to the other terms [13]. Equation (1) defines the solution in the spatial domain enpassing electrodes and tissue. Tissue properties were assumed temperature independent and are described in more detail in [6]. We used the mercial software ABAQUS/Standard (Hibbitt, Karlsson amp。C cell necrosis occurs after ~3 min [12]. A monly used mode is temperaturecontrolled ablation, where the tip temperature of the electrodes is kept at a predetermined value, usually around 100176。 RF ablation。C. The closed loop system simulation output closely correlated with the FEM model, and allowed us to optimize control parameters. Discussion The closed loop control of the FEM model allowed us to implement temperature controlled RF ablation with minimal user input. Keywords: ablation。所有作者 閱讀和批準最終的手稿。此前 ,研究人員經常應用恒功率 ,或使用耗時的試錯方法來確定所需電壓。只要提示溫度保 持在一個小范圍目標周圍的溫度在最初的加熱期間 ,模型結果 (即最終溫度分布 )應該沒有顯著差異。 在肝射頻消融 ,消融次臨床用于上升到 35分鐘。 圖 9 圖 。獲得相同的性能在初始階段在這兩種情況下 ,不同的控制器必須被使用 ,如 PI控制器的參數(shù)進行了修正。圖 5顯示了溫度和電壓的有限元模型由同一 PI控制器兩例。然而 ,該算法實現(xiàn)控制程序沒有使用固定步長時期。圖 4還顯示了結果的控制系統(tǒng)仿真。不使用控制程序、手動交互是8 必要的在每一步后手動更改輸入文件進行有限元分析 ,并應用一個新的輸入電壓和設置步長。 7 圖 圖 PI控制算法。 這個計劃被重復 ,直到消融被模擬為所需的時間。減小步長 (即時間 ,有限元分析模擬模型與恒壓 )總計算時間變長。一個輸入文件被創(chuàng)建和 ABAQUS有限元分析解決了有限元模型。光曲線顯示結果的控制系統(tǒng)仿真。超調量為 11%,148年代后達成。 6 我們使用的參數(shù) PI控制器是 Kp = ,Ki = 。 我們模擬閉環(huán)系統(tǒng)的行為與軟件安裝在豬體內的實驗與麗塔 500發(fā)電機和模型 30我們認為電極需要 1到 2分鐘的提示溫度達到目標溫度 100176。 PI控制器的輸出 u(對應于應用電壓 )被送入動態(tài)系統(tǒng)。我們選擇了相對簡單的 PI控制器對我們控制系統(tǒng)。這確保了更精確的仿真模型的閉環(huán)控制系統(tǒng)。這個軟件允許我們近似系統(tǒng)從其階躍響應通過遞歸最小平方算法 ,給出了參數(shù) a0、 a a b1和 b2的 (2)。最初 ,我們確定了階躍響應通過應用一個恒定電壓為 180年代的 25 V。在實現(xiàn)控制器 ,我們分析了動態(tài)系統(tǒng) (即有限元模型 )來控制。C + +程序然后調用有限元分析和等待 ,直到下一個步驟是完成了。 一個輸入文件被提交到有限元分析中 ,幾何、材料性質、邊界條件的步驟的時間和指定的。模型包括 ~ 35000四面體元素和 ~ 7000節(jié)點。 C(熱邊界條件 )和 0 V(電邊界條件 )。所有的分析是基于太陽葉片 1000工作站配備 GB內存和 80 GB的硬盤空間。方程 (1)定義解決方案在空間域包括電極和組織。 J是電流密度 (一個 / m2)和 E是電場強度 (V / m)。 3 方法 有限元方法 射頻消融破壞組織的熱能量 ,轉化為電能。實現(xiàn)溫度控制在模型是重要的反饋獲得的結果與臨床設備 ,使用這種類型的控制。 圖 圖 30傘探針用于有限元模型的尖頭叉子和遠端 10毫米的軸進行射頻電流。一個常用的模式是溫控消融 ,電極的尖端溫度保持在預定值 ,通常約 100176。組織損傷可以發(fā)生在溫度高于 43176。在射頻消融 ,射頻電流 450到 500千赫傳遞到組織通過電極插入 percutaneously或手術期間。有限元方法 背景 射頻 (RF)消融已成為相當重要的作為一個微創(chuàng)治療原發(fā)性和轉移性肝腫瘤。肝臟消融 。 C。我們創(chuàng)建了一個閉循環(huán)系統(tǒng)組成的一個有限元模型和軟件控制應用的電壓。商業(yè)有限元軟件包不支持自動溫度控制。 廣東工業(yè)大學 華立學院 本科畢業(yè)設計（論文） 外文參考文獻譯文及原文 系 部 機械電氣學部 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 年 級 2022 級 班級名稱 09 電氣（ 5）班 學 號 12030905002 學生姓名 蔡中杰 指導教師 劉大龍 目錄 外 文 文獻 譯文 ............................................................................................................................ 1 外文文獻 原文 .......................................................................................................................... 12 1 外 文 文獻 譯文 自動控制的有限元模型對溫控射頻消融術 摘 要 背景 有限元法 (FEM)已經被用來模擬心臟和肝射頻 (RF)消融。大多數(shù)研究人員手動控制應用的功率通過試驗和錯誤保持提示溫度電極的常數(shù)?？刂破鞯目刂茀?shù)進行優(yōu)化使用閉環(huán)系統(tǒng)仿真。閉環(huán)系統(tǒng)仿真輸出密切相關的有限元模型 ,并允許我們來優(yōu)化控制參數(shù)。肝切除 。肝細胞癌是最常見的惡性腫瘤之一 ,全世界估計每年 500000人死亡 [1]。不同的模式控制電磁功率交付組織可以利用。 C與加熱的時候幾個小2 時 。 C。 研究人員一直在使用有限元方法來模擬兩個心臟和肝射頻消融 (3 11)。我們建立了一個臨床用于肝臟消融電極 (15計 ,麗塔醫(yī)療系統(tǒng)模型 30),如前面描述的 [6]。當前流從導電電極通過組織一個表面分散電極。臺是溫度的血液 ,ρ bl是血液密度 (公斤 /立方米 ),水泥膠結測井的比熱容是血 (J /(公斤 ?K)),和 wbl是血液灌注 (1 / s)。 組織性能的假定溫度獨立和更詳細地描述 [6]。 圖 四叉電極我們用于我們的模型。我們進行準靜態(tài)分析。節(jié)點間距很小旁邊的電極 ( )和更大的在模型邊界 (2毫米 )。應用電壓是一個邊界條件和保持常數(shù)在每個步驟。我們實現(xiàn)了一個 PI控制器在我們的控制算法。這個系統(tǒng)是由電極的燒蝕 ,組織 ,和分散電極。然后我們接近這個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的離散傳遞函數(shù)以下形式 : 我們使用了控制系統(tǒng)仿真軟件安娜 (免費軟件 ,控制工程 ,技術部門的。圖 2顯示了一步反應的原始動力系統(tǒng) (即有限元模型 )和近似根據(jù) (2)。 圖 圖 (有限 元模型 )和近似。圖 3顯示了完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 圖 圖 PI控制器和動態(tài)系統(tǒng) (有限元模型 )。 C,即溫度用于臨床病例在我們機構。 圖 。最大電壓 V應用 100年代之后。黑暗的曲線顯示結果的有限元模型控制的控制軟件。有限元分析結果文件的創(chuàng)建 ,其中包括在所有節(jié)點的溫度。作為妥協(xié) ,我們選擇 10年代作為初始步長。圖 7是一個流程圖的算法實現(xiàn)的控制程序。 我們模擬的消融了 12分鐘利用有限元模型和控制程序。在這種情況下 ,運營商必須檢查結果文件在每個步驟 (即在 6到 11分鐘間隔 )、修改輸入文件并重啟有限元分析。有很好的相關關系控制仿真和閉環(huán)系統(tǒng)組成的有限元模型和控制軟件。一步提高了時間如果改變提示溫度的步驟之間是低于一定值。光圖顯示的行為沒有將灌注在有限元模型中 ,黑暗的圖表顯示了行為相同的有限元模型與灌注(如無花果。我們的模型只包括一個季度的實際的電極。上面的曲線顯示提示溫度 ,較低的曲線顯示了外加電壓。自加熱周期相對小得多 (1到 2分鐘。然而 ,隨著知識的實際控制參數(shù)和算法的商業(yè)設備 (如獲得測量 ),準確模擬這些設備可以使用我們的方法。此外 ,如果控制參數(shù)和算法的商業(yè)設備是已知或可以測量 ,準確模擬商業(yè)設備是可能的。 確認 這項工作是支持 HL56413 NIH的資助。 liver ablation。 13 finite element method Background Radiofrequency (RF) ablation has bee of considerable interest as a minimally invasive treatment for primary and metastatic liver tumors. Hepatocellular carcinoma is one of the most mon malignancies, worldwide with an estimated annual number of 500,000 deaths [1]. Surgical resection offers the best chance of longterm survival, but is rarely possible. In many patients with cirrhosis or with multiple tumors, hepatic reserve is inadequate to tolerate resection and alternative means of treatment are necessary [2]. In RF ablation, RF current of 450 to 500 kHz is delivered to the t