王娟，赵金哲，沐勇杰，晋晓飞，钱志余，李韪韬

（南京航空航天大学自动化学院生物医学工程系，南京210016）

1 引 言

微波消融是近年来发展迅速的微创介入式热消融方法，在肝癌、肺癌等癌症治疗中得到了广泛的应用[1-2]。微波消融的作用机制为：微波对组织极性分子和离子等物质的致热效应产生局部高温以灭活肿瘤[3]，微波向组织的传输主要由微波消融针完成。因此，作为微波消融仪器的核心部件之一，消融针的辐射和材料特性直接影响着治疗效果[4-5]。微波消融手术适用范围的不断拓展，对微波消融针的性能提出了更高的要求，微波消融针的类型也在不断增加[6-8]，这对消融针材料的选取和针体的设计方法都是新的挑战。

微波消融仿真是采用数值计算方法分析微波消融过程电磁波传输和生物组织传热现象的有效手段，在微波消融针设计和优化、消融手术模拟、手术疗效评估等方面得到了广泛应用[9-11]。采用仿真方法辅助微波消融针设计，可以定量评价微波消融针的消融结果，通过设置目标函数高效地在多种设计方案中选择最优解[12-14]。因此，如何借助仿真方法探索新型材料和消融针构造，是消融仪器的研究方向之一[15]。

生物陶瓷材料是可直接应用于人体的无机生物医学材料，凭借其优良的生物相容性以及生物力学性能逐步应用于人体组织器官的修复及医疗器械部件中[16-17]。其中，氧化锆陶瓷具有较高的硬度和韧性，作为电磁波介质材料，其相对介电常数较高，减小微波在介质中的有效波长，从而缩短辐射前极的长度[5]，减轻针体前端无法有效冷却引起的组织碳化程度。……