發(fā)布時間：2017-05-18 15:08

  本文關鍵詞：1064nm激光消融生物組織光、熱場分布，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：激光照射腫瘤病變組織，通過與組織之間產(chǎn)生熱效應達到消融腫瘤的目的。激光在生物組織中的傳輸、分布以及激光與生物組織之間的作用效應，是光致生物組織熱效應的理論基礎，也是選擇控制激光治療參數(shù)的重要前提，對生物組織光熱響應特性的研究和分析對于激光臨床治療有非要重要的實際意義。由于生物組織與激光之間存在選擇性光熱作用，1064nm激光對于含水分較多的生物組織吸收效果較好，治療效果明顯，本文僅針對波長為1064nm激光與生物組織之間的相互作用進行分析研究。 目前，模擬光在生物組織中的傳輸問題，大多忽略光的波動特性，從光的粒子性出發(fā)，研究光子傳輸理論。描述光子傳輸?shù)睦碚撃Ｐ洼^多，但是大部分都有其使用局限性，蒙特卡羅是唯一適用于各種復雜生物組織模型及多層組織結(jié)構(gòu)的隨機算法，目前使用較為廣泛。有限元和有限差分法是求解生物組織熱傳導方程中普遍采用的方法。目前開展的關于激光照射生物組織光熱效應研究，，大多數(shù)忽略了生物組織的熱學參數(shù)隨溫度變化情況，實際上生物組織熱學參數(shù)與溫度的大小聯(lián)系緊密。 本文在介紹生物組織結(jié)構(gòu)的基礎上，首先從激光與生物組織的相互作用出發(fā)，介紹了激光在生物組織中的傳輸規(guī)律，并分別運用光束擴散方法和蒙特卡羅方法分析了生物組織中光傳輸問題，同時，在蒙特卡羅分析無限細光束分布的基礎上，采用卷積運算給出了有限寬高斯光束在生物組織內(nèi)部傳輸分布的計算方法。結(jié)果表明，蒙特卡羅方法計算結(jié)果與光束擴散方法結(jié)果相比，光的散射特性較為明顯，光能量分布較為分散。 其次，本文在分析生物組織中光傳輸問題的基礎上，介紹了生物組織中熱學參數(shù)及熱傳導機制，總結(jié)了傳熱方程的求解條件，包括組織的熱學特性參數(shù)，邊界條件和初始條件。將光束擴散方法和蒙特卡羅方法的光分布結(jié)果作為熱源項，在軸對稱坐標下將計算區(qū)域合理劃分為二維，建立了激光照射牛肝臟組織表面時的傳熱模型，并利用有限元方法，采用Matlab和Ansys有限元軟件數(shù)值求解了非線性生物傳熱偏微分方程。討論了生物組織在低功率長時間激光照射下的溫度變化情況。本文在此基礎上還建立了生物組織動態(tài)熱學參數(shù)的數(shù)學模型，分析對比了牛肝臟組織在動態(tài)熱學參數(shù)和固定熱學參數(shù)的條件下，生物組織組織溫度場分布情況。 此外，本文還編寫了光熱作用下，組織溫度場分布的數(shù)值分析可視化軟件，簡化了數(shù)值模擬光熱作用的繁瑣過程。
【關鍵詞】：光子傳輸理論 蒙特卡羅 光分布 生物傳熱方程 有限元方法
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：R318.51
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-21
• 1.1 激光消融療法及生物組織光熱效應的發(fā)展狀況12-13
• 1.2 生物組織光熱消融效應的研究內(nèi)容13-20
• 1.2.1 生物組織的熱損傷14-16
• 1.2.2 生物組織的光分布16-17
• 1.2.3 生物組織能量傳遞模型的建立17-19
• 1.2.4 傳熱模型的求解19-20
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容20-21
• 第二章 基于傳輸理論的光分布計算21-35
• 2.1 光與生物組織的相互作用21-23
• 2.2 光子傳輸理論23-25
• 2.3 光束擴散方法25-28
• 2.4 蒙特卡羅方法28-34
• 2.4.1 蒙特卡羅模擬光分布過程28-32
• 2.4.2 模擬結(jié)果32-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第三章 生物組織傳熱方程計算35-44
• 3.1 生物組織熱傳導機制及 PENNES 方程35-37
• 3.1.1 生物組織熱學參數(shù)35-36
• 3.1.2 生物傳熱方程36-37
• 3.2 生物傳熱方程求解方法37-41
• 3.2.1 Ansys 有限元求解方法37-39
• 3.2.2 Matlab PDE 工具箱求解方法39-40
• 3.2.3 求解模型40-41
• 3.3 計算結(jié)果41-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第四章 基于光子傳輸理論的生物組織溫度場分析44-55
• 4.1 蒙特卡羅模擬生物組織光熱響應44-49
• 4.1.1 有限寬光束的蒙特卡羅模擬44-45
• 4.1.2 采用蒙特卡羅熱源仿真生物組織溫度場分布情況45-49
• 4.2 不同光子傳輸理論的生物組織光熱響應49-51
• 4.3 基于動態(tài)熱學參數(shù)組織光熱響應結(jié)果51-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 第五章 光熱模擬計算可視化軟件的設計開發(fā)55-66
• 5.1 軟件功能需求分析及開發(fā)工具55-56
• 5.1.1 軟件功能需求分析55-56
• 5.1.2 開發(fā)工具56
• 5.2 軟件功能模塊56-57
• 5.3 MATLAB 與 C#接口模塊57-60
• 5.4 ANSYS 與 C#接口模塊60-62
• 5.4.1 進程開啟設置60-61
• 5.4.2 寫 APDL 命令流61-62
• 5.5 后處理模塊62-64
• 5.6 功能測試64-65
• 5.7 本章小結(jié)65-66
• 第六章 總結(jié)和展望66-68
• 參考文獻68-71
• 致謝71-73
• 攻讀碩士學位期間已發(fā)表或錄用的論文73

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 沈桂平,謝樹森;激光輻照下皮膚組織中溫度場的理論分析和數(shù)值模擬[J];福建師范大學學報(自然科學版);2002年04期

2 王補宣,王艷民;生物傳熱基本方程的研究[J];工程熱物理學報;1993年02期

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4 謝樹森,楊洪欽,李步洪;激光與皮膚層狀組織的光熱作用及其傳熱模型[J];光電子·激光;2001年07期

5 李和杰,張學學,劉靜;激光與生物組織熱相互作用的多層結(jié)構(gòu)模型[J];中國激光;2002年05期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李小霞;激光照射下生物組織熱效應的數(shù)值分析與實驗研究[D];天津大學;2004年

  本文關鍵詞：1064nm激光消融生物組織光、熱場分布，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：376369