三电容射频热疗在均匀组织体模温度分布研究

用有限单元数值计算方法对三级板调相式电容射频（１３．５６ＭＨｚ）热疗装置在均匀肌肉组织体模和不同功率分配条件下的温度分布进行模拟计算分析。结果表明，可通过改变三个极板电压的相位、幅值和功率分配方式来调整热汤分布形态，有较好的治疗热区调整能力。该研究对三电容射频热疗临床选用功率分配及了解相应的热区形态有指导意义。     

肿瘤热疗中探针加热下组织温度场演化规律的研究

研究了肿瘤热疗中实施组织温度场预示、优化加热及功率调节一体化的问题。基于新近建立的生物传热热波方程,采用双倒易边界元方法,对在一定加热方式下生物组织内的热量传递规律进行了考察。对传统Ｐｅｎｎｅｓ方程和生物传热热波方程的对比研究发现,在针对真实热疗过程中由于调节加热功率而导致的温度场演化进行模拟时,两类方程的预示结果存在明显差别,这提示了在预测和控制生物体内微小温度时所采用的精细模型应是理论基础更为严密的生物传热热波方程,且在瞬变加热作用下尤为关键。文章还研究了血液灌注率在组织温度场发生改变中的作用及其生理学意义。这些研究为建立实用的肿瘤热疗仪器打下了一定的基础。     

基于有限元方法的不同类型肿瘤微波消融区域分布

为了研究微波消融技术在不同类型肿瘤中治疗效果,基于有限元分析方法,建立耦合电磁场和生物传热过程的微波消融模型,研究了单缝同轴微波消融天线在脑白质肿瘤、脑灰质肿瘤、乳腺脂肪肿瘤、乳腺腺体肿瘤、肾脏肿瘤、肺部肿瘤(充气和未充气状态下)、肝脏肿瘤和肌肉瘤中比吸收率、消融区域温度分布及消融灶形态。结果表明:由于各种类型组织热物性的不同,导致微波消融天线在不同类型的肿瘤组织中消融灶的形态和有效损毁区域的覆盖范围存在显著差异,其中微波消融天线在由脂肪组织包围的乳腺癌肿瘤中形成的消融灶呈水滴状,消融区域完全覆盖肿瘤,但沿着消融天线的穿刺方向存在尾迹;天线在未充气状态下的肺部组织中形成的消融区域对健康组织的损伤要大于充气状态下,同时消融天线在其他实质型组织中形成的消融区域基本呈现椭圆形,消融区域整体小于肺部和乳腺的消融灶,可见微波消融天线在乳腺和充气状态下肺部组织的肿瘤消融治疗中可以获得更加有效的治疗效果。     

基于不同对流下加热系统的数值模拟与实验研究

采用多孔介质导热方程、DO辐射模型以及标准κ-ε湍流模型,建立三维热物理模型。应用有限体积法计算了室内沙疗室气固耦合传热问题。首先在自然对流条件下,即沙疗室不开风扇、处于无风状态时,改变其加热方式,分别为单面加热和双面加热。对比分析不同加热方式下,空气层以及沙体层温度场的变化。其次在双面加热条件下,改变其对流方式,分别为自然对流与强制对流。对比分析不同对流方式下,空气层温度场、速度场的变化,以及沙体层温度场的变化。最后,通过实验加以验证。研究发现强制对流条件下的双面加热能够加快空气热对流速度及沙体传热速度,使沙体层温度分布均匀化,进而提高沙体的传热效率。     

基于有限元仿真的磁感应肿瘤治疗设备线圈优化设计

在针对头部肿瘤的线圈式磁感应肿瘤治疗设备设计中,为了提高治疗磁场的强度与均匀度,需要对传统的圆形同轴线圈进行改进。根据临床需求和理论分析,采用D形线圈设计,并通过软件仿真与实际测量加以评估。结果表明:在相同条件下D形线圈与圆形线圈相比其中心磁场强度提高了约5.9%,有效治疗空间增加了约4.6%,设备性能有了一定的提高。线圈电感值的仿真与实际测量结果均符合设备要求。     

一种用于肿瘤热疗的温度监测和功率选择方法

采用Green函数法,获得了对具有任意空间热源项的Pennes生物传热方程的解析解,并给出基于肿瘤杀伤温度及皮表烧伤极限要求而优化热疗参数的措施.从临床实用性出发,给出利用体表温度信息监测体内温度场的关系式.对各种参数的影响研究表明了实现优化加热的可行性.该方法有助于建立无损的肿瘤热疗系统.     

治癌中超声加热引起的人体内温度场模拟

本文用简化的有限元法解算了在一定边界条件下的生物热传导方程，得到了超声热疗中人体里的瞬状温度分布，并讨论了超声聚焦，血流扩散和皮表温度等对超声加热的温度场的影响，提供了一种超声热疗中无损控温的方案。     

肿瘤磁致温热治疗设备研发的进展

介绍了肿瘤磁场热疗设备的基本原理和主要构成，分析了主要的几类设备的特点和应用范围．此外，还介绍了当前国内外相关设备研发的基本现状和发展趋势。     

基于模拟退火算法的磁感应治疗热籽分布

肿瘤区域内的热籽适形分布算法是肿瘤磁感应治疗计划系统中的一个关键技术,其核心问题是使用最小数量的热籽达到预期的温度场分布。为解决热籽适形分布问题,该文提出了结合热籽产热传热学的模拟退火算法。分析了应用模拟退火算法解决热籽分布问题的计算方法,包括热籽分布模型的设计、产热传热模型的建立以及退火计划的设计。考虑到热籽分布问题的特殊性,重新定义了初始温度与停止条件、评价函数与接受概率、退火策略以及具体计算步骤。通过计算机仿真对肿瘤区域建模与网格化、热籽植入模型、温度场分布以及算法迭代进行了模拟,验证了应用模拟退火算法解决热籽分布问题的可行性。     

激光诱导间质热疗中血流冷却效应的模拟

为研究激光诱导间质热疗过程中血管冷却对于生物组织内温度场和损伤度的影响,建立了包含单根血管的双层模型。由M on te C arlo模拟方法得到组织内的激光能量分布,采用有限差分法求解Pennes生物传热方程和血流换热能量方程得到组织内温度场,通过A rrhen ius速率过程方程得到组织损伤度。利用此模型,比较研究了不同血管情况下组织的温度场和损伤度。模拟结果表明,血管直径及血流速度是影响热疗中血管附近组织温度场和损伤度的重要因素。在模拟的5W功率条件下,当血管直径大于1mm时,如果仍采用与无血管情况下相同的治疗方案将可能导致无法完全杀死肿瘤而使热疗失去疗效。     

金属材料中激光产生熔池的数值模拟及应用

数值模拟了激光与金属铝相互作用的温度场和流场,求解热传递与层流耦合的PDE方程.数值模拟中选取符合实际光束分布的激光参数,考虑了自然对流、表面张力梯度引起的Marangoni对流和热物理参数依赖于温度的实际情况.针对γ/T<0,γ/T>0,γ/T=0等3种不同的表面张力梯度,计算得到了激光产生熔池的温度场、熔池速度场及熔池的形状.研究结果表明,金属材料内的温度场分布与入射高斯光束光强分布具有相似特征;Marangoni对流是熔池内液体流动的主要形式;γ/T的大小和正负对熔池内流体的运动起决定性作用,可对熔池形状产生很大影响,进而影响激光加工的质量.     

水平井和大斜度井的双侧向测井数值模拟

研究了电法测井中水平井和大斜度井的三维有限元分析法，提出一种刻分方法，对不同角度情况自动生成网格，并给出多种斜度并在不同地层情况的数值模拟结果．     

磁流体热疗设备的三维电磁场模拟

为清楚了解磁流体热疗设备产生的电磁场的分布,本文采用有限元方法对自制的设备原型建立三维模型并进行了优化,计算了该模型在静态和谐态下产生的电磁场的分布,对磁极中间的气隙宽度在20～40mm范围内变化时的磁场强度进行了对比．选取气隙宽度为30mm时计算电磁场的磁场强度、电感和涡流损耗,所得结果与实验测量值完全吻合,验证了模拟计算的可靠性．     

齿轮箱动态响应及辐射噪声数值仿真

建立了齿轮箱传动系统及结构系统的动力有限元分析模型,综合考虑轮齿刚度激励、误差激励和啮合冲击激励等内部动态激励的影响,应用ANSYS软件对齿轮箱的固有模态和内部激励下的动态响应进行有限元数值仿真。以动态响应结果作为边界激励条件,建立了齿轮箱箱体的声学边界元分析模型,利用SYSNOISE软件中的直接边界元法求解箱体表面声压及场点辐射噪声,并对齿轮箱进行空气噪声测试。比较辐射噪声的测试结果与数值仿真结果,两者吻合良好。     

基于FEPG的构造裂缝数值仿真与分析

利用有限元数值模拟技术对油气田深部储层构造裂缝进行仿真和预测分析是一种非常有效的办法。传统的仿真方法中,由于控制条件多来源于实验室实测结果,虽然结果较为准确,但是存在以点代面、成本过高等缺陷。选择大庆油田一个深部油气层作为研究目标,探索在地质构造裂缝的仿真预测中边界控制条件的选择问题。首先利用实验室实测力学参数建立初始模型,然后通过反演18条地震剖面的伸展情况获得该地层变形情况,并将反演结果作为仿真构造应力场的边界控制条件,进而在开源的有限元软件FEPG上进行仿真,从而避免了传统方法中因单纯以岩石实验结果作为控制条件而导致的以点代面和成本过高等不利因素,仿真结果与钻井数据统计结果基本一致。仿真结果表明,预测的构造裂缝发育主要集中在构造高位置以及断层附近,裂缝方向有较明显的规律性,优势方向与本区断层带走向基本一致,在相邻的断层之间,裂缝发育方向变化较大。仿真也为明确裂缝分布规律及油气勘探提供了理论指导和技术支持。     

从动螺旋伞齿轮精密锻造数值仿真

对从动螺旋伞齿轮的精密锻造过程进行三维刚塑性有限元模拟，获得了齿形充填饱满的模拟齿轮锻件及其变形过程，阐述了螺旋伞齿轮精密锻造成形阶段分类和齿形充填模式．铅试件实验从齿轮外形和成形力两方面验证有限元模拟的正确性．根据相似理论，预测出从动螺旋伞齿轮冷精锻成形力50州左右，解释了大截面的螺旋伞齿轮难以冷精锻的原因，提出了从动螺旋伞齿轮精密塑性成形的工艺方案．     

复合材料圆柱壳轴向压缩和碰撞的数值研究

运用MSC／DYTRAN有限元软件结合参数等效的方法，对复合材料圆柱壳的准静态轴向压缩和低速碰撞过程进行了数值模拟，获得了反映复合材料圆柱壳吸能能力的载荷-位移曲线、峰值载荷、平均载荷等重要参数．将计算结果与试验结果进行对比，发现两者吻合较好，说明采用参数等效的方法可以得到复合材料结构耐坠撞性设计中需要的吸能数据．     

钻柱下部组合的数值分析

简要分析了用有限元法和有限差分法计算下部钻具组合的理论．根据计算机程序给出二在计算钻头侧向力时的结果．验证了两种算法的正确性。     

伴行血管在高强度聚焦超声下对温度场的影响

在高强度聚焦超声(HIFU)下，研究了管径不同的伴行血管对于组织温度分布的影响．基于3个热平衡方程提出了1个生物热传导模型，针对带有直径为50～300μm成对血管的组织，利用有限元方法进行了3-D温度瞬态仿真，并对血管直径、血液流速和血液灌流率对3-D温度分布的影响进行了比较．结果表明，血管直径和血流速度是影响HIFU作用下组织温度分布的决定因素，此外，该模型可以给出较为准确的组织消融量．