生物体多尺度热学响应问题的研究与应用

论述了生物学对象中多尺度热响应问题的研究意义,重点介绍了生物系统中从微/纳米尺度对象到整体层次上的热响应模型的研究进展,分析了多尺度、多效应耦合问题的研究方法和难点,同时对作者实验室所开展的一些相关工作也做了扼要介绍.     

低温外科手术中多维相变问题的双倒易边界元模拟

提出了一个能用于具有复杂形状的区域的网格自动生成方法,从而将双倒易边界元方法推广应用于涉及相变运动界面的生物传热问题,对低温外科手术中正常或内含肿瘤的生物组织的冷冻过程进行了数值模拟,分析了其中的一些传热机制。     

生物热物性全参数辨识技术及其切片实验研究

提出了一套可用于同时确定生物在体组织中随空间变化的导热率K、血液灌注率W_b和代谢热产率q_m以及导温系数α的新方法,从而克服了传统生物热物性测试技术中只能测量常物性的K、W_b和α而q_m难以利用Pennes方程测出的不足,为同时考察活体组织非均匀热参数的空间分布规律找到了一条可行途径,这是一种具有普遍意义性的方法.文中给出了一个针对大鼠头部组织的物性辨识算例,并采用切片实验考察了该方法的实际应用问题,发现采用表面力,热的办法测取材料热物性时,所得结果的精度受热渗透深度限制,并继而提出了采用空间加热措施以提高物性测试精度的设想.     

生物活体组织温度振荡效应的理论与实验

报道了在一类介于生理学与热物理学之间的生命热现象——活体组织温度振荡机理研究方面所取得的成果，阐述了新的温度振荡理论的建构思想，介绍了用以证实该理论而设计的仿真实验、活体动物实验的技术路线，报道了实验中所发现的一些新现象及其研究结论，解释了以往动物实验中观察到的生命热现象的物理实质。其结论可促使人们重新全面认识生物传热本身并继而修改以往的一些温度预示模型和模式，直至推向新的临床应用。     

One-dimensional unsteady general solution for Wang bioheat transfer equation with heat source proportional to temperature

An analytical general solution is derived for the non-Fourier Wang bioheat transfer model with special internal heat production. It is valuable for finding the special solutions with specified conditions and for expanding the understanding of the non-Fourier heat conduction phenomena in living tissues, for example, the controversial temperature fluctuation effects. This analytical solution can also be used as the benchmark solution to check the numerical calculations and to develop various numerical computational approaches. Because there is an arbitrary function in the expression of internal heat production, this solution can actually be applied to many types of internal heat production distributions.     

一侧颈动脉堵塞引起的体表非对称温度分布特征

将颈部简化为含大血管的圆柱形组织,对颈动脉血管和含微、小血管的颈部组织分别建立热平衡模型．通过有限元求解,研究颈部表面的温度分布与颈动脉流量、颈部组织的物性以及环境参数的关联性．最后,实验研究兔子在一侧颈动脉结扎后的颈部两侧体表温度差,初步验证传热模型的合理性．     

分形生物组织传热方程及其解析解

建立了分形生物组织热传导方程,利用分数阶有限Hankel变换和Laplace变换及相应的逆变换,给出了上述问题的解析解。证明了经典的圆柱坐标系下生物组织传热方程是本文结果的特例。     

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。