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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.
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氩氦刀冷冻手术中冻结与复温问题的数值模拟
目的通过对Endocare型氩氦冷刀的工作性能进行数值模拟,考察其优缺点,为肿瘤冷冻治疗提供参考.方法针对组织的冷冻及复温,用等效比热法及等热流边界条件预测刀头外周组织的温度变化及组织内冰球的生长演化过程,并分析活体组织内的传热行为.结果氩氦刀冷冻时,刀头附近组织能在短时间内下降到很低的温度;冰球在冷冻初期增长很快,此后增长速率明显下降,当工质由氩切换为氦后,冰球很快熔化;相同冷冻条件下,氩氦刀在不同组织中产生的冰球的增长速度差别较大.结论氩氦刀具有较好的快速冷冻和复温性能,但其有效杀灭范围十分有限,对大块肿瘤,需采用多刀联用.
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自制冷热刀医疗设备靶向治疗肿瘤的性能实验
目的:考察新研制的真正集深低温冷冻治疗与高温热疗功能于一体的先进肿瘤治疗临床试验设备(冷热聚能刀,中国科学院理化技术研究所自主研制开发)的实际工作性能,为后期的临床实验提供初步而又有价值的参考依据.方法:将冷热刀探针(外径5 mm)置于空气、明胶、猪肉以及活体兔子组织中实施局部靶向的快速冷冻(-196℃)及升温(88 ℃)试验,以检测探针外壁、针尖内部以及周边测温点的温度响应特性,并观察冰球的生长过程;同时,还基于红外热像仪及数码相机,对相应的冷冻及升温效果进行影像评估.结果:冷热刀工作时,探针刀头外壁总体上能在大约4 min以内下降到极低温度(约-160℃),并维持稳定;而当冷热刀处于升温阶段时,刀头外壁温度可迅速上升,在大约2 min左右即达到80℃,冰球紧贴刀杆部分随即熔化.结论:冷热刀临床试验设备具有优异的快速冷冻和高强度加热功能,可望在肿瘤的高效微创治疗上发挥关键作用.
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低温医疗器械治疗的进展
介绍低温外科、低温保存及其设备,同时还介绍了医学中的其它低温技术.
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冷热刀杀灭肿瘤技术中的基础热学和力学问题研究
低温外科是肿瘤治疗方面近年来涌现出的一种相当有效的新的物理疗法,其原理在于通过冷冻促使病变组织快速降温、冻结及融化,从而产生一系列不可逆损伤而达到消除病灶的目的,但以往就此发展的医疗器械(冷刀)大多仅具备单一的降温冻结功能,因而在临床上难以达到佳的杀伤效果.同时结合冷冻并辅以骤然升温以大限度地杀灭肿瘤组织是低温外科领域内新出现的治疗方式,并在肿瘤临床方面展示了美好前景.此方面的进展主要以近期在临床上得到应用的氩氦刀为代表,其被认为是当今世界上先进的冷冻医疗器械.但该装置因工质气体来源有限,且运行及治疗成本均较高昂,而使其推广应用受到很大限制.为使冷热杀灭肿瘤的方法得以充分发挥作用,研制高性能价格比的氩氦刀替代装置具有十分重要的现实意义.
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脑选择性深低温研究进展
早在2 500 年前,埃及人就已知冷敷可以减轻炎症.1961年美国的一名神经外科医师发明了一个冷冻外科装置,这成为低温外科的里程碑.目前神经外科临床上广泛将亚低温(28 ℃～35 ℃)应用于颅脑损伤预防缺血缺氧性脑损伤,其疗效得到公认.20世纪90年代以来,美国、日本和中国逐渐将脑选择性深低温(selective cerebral deep hypothermia,SCDP)的研究列为重点项目并取得阶段性成果.实现脑选择性低温的方法有两种:顺行性脑灌注(antegrade cerebral perfusion,ACP)和逆行性脑灌注(retrograde cerebral perfusion,RCP).
