首页 > 文献资料
-
额温的生理基础及其外界影响因素研究
目的 从外界因素和人体生理基础两个方面,分析了人体额温的变化规律.方法 基于头部的生理结构,将人体头部分为5层建立了头部生物传热模型.通过数值计算,获得了稳态情况下头部的径向温度分布.结果 通过理论分析发现,环境温度和对流换热系数两个外界因素对头部表面温度的影响较大,即环境温度变化2℃,造成额头温度变化约0.5 ℃;而对流换热系数每变化2W/(m2· K),额头温度变化约0.5 ℃.而血液灌注率对脑组织深部的温度分布有影响,对额头表面温度影响不大,而额头表面温度随着新陈代谢和头皮层导热系数的增大而升高.结论 通过实验验证了外部因素对头表面温度的影响,实验结果与理论计算的变化具有较好一致性.本研究为体温筛查提供非常重要的理论依据.
-
不同人群舌红外热象观察及动物舌血液灌注率测定
目的:用热科学的理论与方法对中医舌诊机理进行研究,通过新的实验与理论分析说明中医舌诊的科学性和客观性.方法:利用红外热象仪得到人舌热象,定量分析人舌温度分布与年龄、舌质以及与三种脏腑病症的特征关系;通过对动物进行有创实验,采用CBI-8000生理研究系统测取全舌血液灌注率.结果:舌温与年龄、舌质有关,不同病症患者的舌温有显著性差异,证实舌面不同部位的温度确实与不同脏器的疾病有关;得到了舌面温度随血液灌注率变化的特征关系曲线.结论:通过此关系曲线,并对其它生物参数进行合理的分析处理,在生物传热理论的基础上加以抽象概括,可得出定量分析和描述舌体传热规律的数学关系式,将有助于对中国传统医学理论产生新的认识.
-
非接触式灸疗温度场的估计
目的 研究非接触性艾灸的温度场分布,为调控灸疗过程和提高灸疗效果提供依据.方法 根据生物传热的相关理论,建立描述人体组织内部在非接触性艾灸时的温度场理论模型,并据此推导当艾灸强度确定时,影响该温度场分布的体内异常热源深度与施灸处皮肤温度的对应关系.结果 在不同艾灸强度下,根据对应关系计算出的结果与有限元的分析结果进行比较,结果显示对体内异常热源深度的估测结果与有限元仿真分析结果十分接近.而组织内部温度场理论模型的正确性也得到了物理实验的验证.结论 本文提出的根据人体皮肤表面温度和艾灸强度估计体内异常热源的深度信息,继而估计出组织内温度场的方法具有一定的适用性,将有助于临床灸疗的方案设计.
-
无损测量血液灌注率的辅助导热平片内外温度的相位分析
本文针对近期建立的血液灌注率无损测量装置中的辅助导热平片,通过数值模拟分析了测量过程中加热频率、各种热物性及厚度等因素对该平片内外温度相位的影响,由此给出了仪器设计中辅助导热平片的选取方案.这项工作为利用辅助导热平片测量简谐热流的方法建立了完整的基础,对研制适合于临床应用的血液灌注率无损测量仪器具有重要的参考价值,并有助于认识简谐热流作用下复合材料内的传热规律.
-
Weinbaum-Jiji生物传热方程在低温外科手术中的应用
皮肤低温外科手术中的一个关键问题是对体表受冷刀作用后组织温度场的准确预测和调控,而生物组织内真实血管的空间分布会对这一相变传热过程产生重要的影响.本文将常温情况下建立的Weinbaum-Jiii生物传热方程拓展应用于该问题的分析,由此考察血管空间分布结构对皮肤相变传热过程的影响,以一维问题为例,采用变时间步长的数值计算方法得到了体表受冷刀作用下的组织冻结温度变化情况.作为对比,本文还求解了经典Pennes生物传热方程及普通导热方程的相应相变传热问题.三类方程的比较表明在相同冷冻和物性条件下,血管空间分布效应会对一定部位的组织瞬态温度响应产生很大影响,这提示了在低温外科手术中预示相变过程时考虑血管传热机制的重要性.文中还考察了相变温度和大血管入口速度对温度预示的影响情况.就作者所知,本文是考虑血管分布效应后对皮肤低温相变传热进行分析的首次尝试.
-
绝热法无损检测活体组织动脉血温度
生物体内的血液流动换热在维持体温恒定和控制体温方面起着至关重要的作用.本文基于Pennes生物传热方程建立了活体组织表面绝热条件下的生物热物理模型,通过求解得出体表稳态温度与组织内动脉血温度及其他物性之间的理论关系式,并经合理简化得出表面绝热条件下皮表稳态温度即为生物传热方程中采用的动脉血温度的结论.在此基础上,建立动脉血温度无损测量实验系统,采用该系统对人体小臂、上臂、大腿与小腿等部位进行了测量.实验结果表明,这些部位靠近组织表面的动脉血温度低于体核温度1～1.5℃,并且随部位不同而变化.
-
胸腺温度场预测及加热增强人体免疫力的可行性分析
提出通过提高胸腺温度增强人体免疫能力的方法.考虑生物组织热物性的非均匀性,建立胸部组织多层传热模型,对胸部组织在不同加热条件下的温度响应进行理论分析.结果表明,表面加热可使胸腺温度升高0.2～0.5℃,微波加热可使胸腺温度升高0.7～1.9℃,有利于增强胸腺产生成熟T细胞的能力,可望为提高人体免疫能力提供一种新的技术思路.
-
脑肿瘤的冷热治疗及其热学问题分析
脑内肿瘤因牵涉大量丰富的血管、神经及存在血脑屏障,其临床治疗有一定特殊性,以采用副作用小的物理疗法较为安全.此方面,冷热治疗可望发挥重要作用.本文对脑肿瘤的冷、热疗机理进行了分析对比,讨论了其中一些亟待解决的关键热学问题,并展望了该领域的发展前景.
-
移动式微波全身加热的理论模型与温度预示
针对移动式微波全身热疗系统从微波发射到电磁吸收直至诱发人体全身温度响应的过程,建立了相应的物理场和热效应理论模型,结合全身热疗中的关键因素, 对已有三例患者的热疗数据进行评估,提出了可用于临床全身热疗的温度预示和数据监控方法.研究表明,热疗机在磁控管内建立的915 MHz微波震荡符合Poynting定理的远场特性及Maxwell定律电磁传播特性,电磁能到达人体后在人体电介质内发生热吸收和转化.考虑体内热容分布和主动调控作用,引入房室模型对全身热量的传输进行刻画.根据全身热疗有效性和安全性要求,可将体核、体表及大脑温度的量化作为全身热疗中重要的评估标准.
-
人体真实形状手指内的血液流动和温度分布的有限元分析
本研究的目的是要考察人体末梢的血流变化及温度调节特性. 分别对上肢大血管内血液流动及手指的传热特性进行分析并建立了数学模型.采用一维非线性脉动流体力学模型模拟大血管内的血液流动,采用描述多孔介质内流体流动的Darcy模型模拟组织内血液流动, 而用多孔介质内的能量方程描述组织内的传热特性.同时利用基于图像的建模方法,由手指的MRI系列图像建立了中指的计算机模型并生成了有限元网格.通过分析,得到人体真实形状手指内的血液流动和温度分布,并与由红外热像仪测得的结果进行了比较.比较结果显示,手指的皮肤温度变化趋势与实测结果相同,说明该模拟分析系统能够较好地分析上肢血流及末梢的传热特性.
-
活体组织血液灌注率无损测量方法的研究
活体组织血液灌注率的无损测量是生物医学工程领域中一个十分重要而困难的课题。本文基于新近报道的血液灌注率无损测量方法，提出了简化的一次加热测量措施以取代原方法中必须经两次加热的不足，从而大大缩短了小灌注率组织的测量时间。由此导出了体表在一次简谐加热作用下组织温度响应的解析解，解的形式及随后的计算结果表明了方法的可行性。针对空间非均匀或温度依赖型血液灌注率情形，本文采用双倒易边界元方法研究了加热能流密度、简谐热流振幅、加热频率、皮下血管、血液灌注率、加热片面积大小等对组织温度响应幅度、相位等的影响规律，由此提出了无损估测非均匀血液灌注率的措施。这些系统性结论为发展适合于临床应用的血液灌注率无损测量仪器建立了相对完整的理论基础。
-
感染性发热时三维脑组织热臃塞问题的理论研究
本研究通过理论计算对感染性(如SARS)发热后人体脑组织的三维传热进行了模拟.计算结果表明,感染发热后脑组织的"危险部位"不在脑核,而偏离脑核靠近后脑勺的区域,同时脑组织缺血缺氧会导致感染发热病情的急剧恶化.保持室内良好的通风有利于感染发热患者降低脑组织表面温度,但是对于高热患者仅靠表面冷却是不够的,需要紧急采取其他脑组织冷却措施.本研究对于利用头部前额处的红外热图诊断潜在SARS发热患者也有参考价值.
-
体表常热流法无损检测血液灌注率实验研究
基于我们新近提出的血液灌注率体表常热流无损测量方法,建立相关的实验系统,研究了具体测试时的若干影响因素.并采用该方法对正常状况及运动后人体小臂、小腿、大腿等部位的血液灌注率进行反复测量,得到人体这些部位皮肤组织的血液灌注率数值.这些数值与以往文献报道采用其他方法测得的实验结果非常吻合.实验结果表明,该方法可灵敏检测出人体不同部位、不同状态下的血液灌注率变化,从而得出人体表面组织血液灌注率随加热热流的变化规律,并得到各部位血液灌注率随组织温度上升的线性拟合公式,这将为超声、射频及激光肿瘤热疗等临床医学应用提供重要的参考依据.这些实验研究为发展适合于临床应用的血液灌注率无损测量仪器建立了相对完整的基础.
-
穿着特高压屏蔽服后个体热舒适系统的数值仿真研究
本文基于通用Pennes生物传热学理论方程,对穿着屏蔽服的背部单元传热过程进行数值计算,得出了背部单元在不同温度环境下的温度分布,并建立了附加强制对流换热风扇的个体背部传热几何模型,确定了风扇对个体进行散热的可能性.在此基础上,建立了个体数值模型,利用热舒适度的概念,分析加入舒适系统后的屏蔽服内部环境的单体能量耗散环境,并且借用热舒适评价指标PMV(Predicted Mean Vote)、PPD(Predicted Percentage Dissatisfied),建立适用于单体热舒适标准的研究体系.
-
直接接触加热治疗皮肤疾病的温度场仿真分析
目的 研究加热治疗皮肤疾病时的温度场分布情况,从而为实验研究提供一定参考.方法 本文在假设直接接触皮肤加热的情况下,从皮肤的结构出发建立起物理模型,根据生物传热学的理论,建立传热方程,采用有限差分方法对各种情况进行仿真.结果 仿真得到了加热时皮肤的稳态温度场和动态温度场分布情况,结果证实直接接触加热治疗皮肤疾病这一技术具有可行性.结论 本文的研究结果对进一步研究和利用精确控温下直接接触加热治疗皮肤病技术有一定参考意义.
-
激光汽化活体生物组织的传热过程分析
目的研究激光汽化生物活体组织的传热过程及其影响因素.方法基于血液灌注率温度依赖型Pennes 生物传热方程,建立激光与生物活体组织热相互作用的一般模型,研究组织表面发生汽化相变、中间组织出现热凝结、内层组织发生温升的过程.由此探讨组织中的激光传输特性, 以及血液灌注率和边界冷却等因素的影响情况.结果通过数值计算,得出活体组织表面汽化速度及内部温度分布.研究表明,活体组织对不同激光的吸收能力、血液灌注率与边界冷却条件对组织汽化速度、组织凝结过程及温度分布有显著影响.结论该模型可用于预测激光汽化蚀除组织的过程,分析结果对激光临床应用具有理论指导意义.
-
热水膜烫伤皮肤的传热分析与预测
目的建立描述热水膜烫伤皮肤组织的数学模型,分析其传热过程规律,对烫伤程度进行预测并对比吹气和拭薄水膜两种反应的效果.方法基于Pennes生物传热方程建立热水膜与皮肤组织相互作用的一维多层结构模型.结果利用有限差分方法数值求解得到皮肤组织内的温度分布,根据Arrhenius 假设预测组织的烫伤程度.结论该模型可用于热水膜烫伤皮肤的传热分析和烫伤预测.计算结果表明,拭薄水膜比吹气更能有效地减轻对皮肤的损伤.
-
皮肤组织热水烫伤传热分析
目的研究生物组织热水烫伤过程的传热规律及影响因素并由此进行烫伤程度预测.方法基于Pennes生物传热方程,建立热水洒落皮肤组织所致烫伤过程的一般模型,研究生物组织内部的温度变化规律,并对生物组织烫伤程度进行预测.结果通过数值计算,得到生物组织内部的温度分布,以及生物组织烫伤发生的开始时间.研究表明,皮肤及内部组织初始温度分布、热水与皮肤表面的对流换热系数及热水的温度对于烫伤的发生有显著影响.结论该模型可用于生物组织热水烫伤过程传热分析和烫伤预测,为烫伤的诊断和治疗提供依据.
-
激光对皮肤层状组织作用的非傅立叶效应及光致热损伤分析
目的分析非Fourier效应对激光与人体皮肤组织相互作用的影响,在此基础上研究皮肤病激光灼伤疗法中的光致热损伤.方法采用Monte Carlo方法模拟皮肤组织内的光子传播,将激光能量看作组织内热源,采用生物传热热波模型(TWMBT)研究具有不同物理性质的皮肤层状组织中的瞬态温升过程、温度分布和皮肤的热损伤时间,由此探讨皮肤病灼伤治疗的时间阈值.结果研究表明,由于非Fourier效应的存在,皮肤组织各处的温升速率较低,需要经过较长的时间才能达到温度峰值,因此,非Fourier效应对预测皮肤组织的损伤时间阈值有着较大影响.结论关于激光与皮肤层状组织相互作用时的非Fourier效应的理论分析及相应的数值求解对准确预测皮肤组织内的热效应、控制皮肤病治疗时间和优化激光治疗参数具有积极的理论指导意义.
关键词： 生物传热 热波模型 Monte Carlo模拟 激光热疗 皮肤组织 -
考虑血液灌注温度依赖特性的相变生物传热分析
目的基于温度依赖型血液灌注率,分析生物组织在体表冷刀作用下的降温冻结及相应的复温过程.方法依据经典Pennes生物传热方程,用变时间步长的隐式有限差分法,通过循环迭代逼近来求解.结果数值计算得到体表冷刀温度固定(-196℃及-30℃)和体表冷刀降温速率恒定(8.95℃/min)两种情况下不同血液灌注率(血液灌注率为常数、零、随温度变化及平均血液灌注率)对生物组织降温及相变过程的温度影响、瞬态降温速率分布及复温的温度响应.结论血液灌注率的温度依赖模型较传统平均血液灌注率模型更接近活体组织的实际血液灌注率,而基于两者的相变分析差别显著,因此低温外科手术中精确温度预示应采用前者,本文结果对其有积极的参考价值.
