本文關(guān)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(yīng)達(dá)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(yīng)，是光致生物組織熱效應(yīng)的理論基礎(chǔ)，也是選擇控制激光治療參數(shù)的重要前提，對(duì)生物組織光熱響應(yīng)特性的研究和分析對(duì)于激光臨床治療有非要重要的實(shí)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(duì)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(duì)波長為1064nm激光與生物組織之間的相互作用進(jìn)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(dòng)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(fù)雜生物組織模型及多層組織結(jié)構(gòu)的隨機(jī)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(dǎo)方程中普遍采用的方法。目前開展的關(guān)于激光照射生物組織光熱效應(yīng)研究，，大多數(shù)忽略了生物組織的熱學(xué)參數(shù)隨溫度變化情況，實(shí)際上生物組織熱學(xué)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(chǔ)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(yùn)用光束擴(kuò)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(shí)，在蒙特卡羅分析無限細(xì)光束分布的基礎(chǔ)上，采用卷積運(yùn)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(jì)算方法。結(jié)果表明，蒙特卡羅方法計(jì)算結(jié)果與光束擴(kuò)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(chǔ)上，介紹了生物組織中熱學(xué)參數(shù)及熱傳導(dǎo)機(jī)制，總結(jié)了傳熱方程的求解條件，包括組織的熱學(xué)特性參數(shù)，邊界條件和初始條件。將光束擴(kuò)散方法和蒙特卡羅方法的光分布結(jié)果作為熱源項(xiàng)，在軸對(duì)稱坐標(biāo)下將計(jì)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(shí)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(shí)間激光照射下的溫度變化情況。本文在此基礎(chǔ)上還建立了生物組織動(dòng)態(tài)熱學(xué)參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，分析對(duì)比了牛肝臟組織在動(dòng)態(tài)熱學(xué)參數(shù)和固定熱學(xué)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(guān)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(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：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(yīng)的發(fā)展?fàn)顩r12-13
• 1.2 生物組織光熱消融效應(yīng)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(jì)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(kuò)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(jì)算35-44
• 3.1 生物組織熱傳導(dǎo)機(jī)制及 PENNES 方程35-37
• 3.1.1 生物組織熱學(xué)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(jì)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(yīng)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(yīng)49-51
• 4.3 基于動(dòng)態(tài)熱學(xué)參數(shù)組織光熱響應(yīng)結(jié)果51-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 第五章 光熱模擬計(jì)算可視化軟件的設(shè)計(jì)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(jìn)程開啟設(shè)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(xiàn)68-71
• 致謝71-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文73

【參考文獻(xiàn)】

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(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2002年04期

2 王補(bǔ)宣,王艷民;生物傳熱基本方程的研究[J];工程熱物理學(xué)報(bào);1993年02期

3 李忠明;激光照射對(duì)組織溫升分布影響的理論分析[J];光電子·激光;2000年04期

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(xué)學(xué),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(xué)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(yīng)的數(shù)值分析與實(shí)驗(yàn)研究[D];天津大學(xué);2004年

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本文編號(hào)：376369