生物传热方程中灌注率函数的数值反演算法

本文研究了一类生物传热方程的灌注率函数反演问题.基于附加的非局部条件和有限差分的Crank-Nicolson方法,构造了重建灌注率函数的迭代算法;经进一步简化后,得到了反演灌注率的一个显格式.为克服计算的不稳定性,引入移动平均滤波方法对误差数据进行去噪,算例结果表明结合移动平均滤波去噪的数值反演算法是可行的,能有效反演...     

射频加热治疗肿瘤体模实验的数值模拟

目前射频加热治疗肿瘤在临床研究方面已取得了相当大的进展 ,但在热物理方面所做的研究还较少。为了能更有效地指导临床实践 ,对射频加热治疗肿瘤的体模实验进行了描述 ,对体模内的电场和热场进行了分析 ,建立了二维的似稳电场模型和热物理模型 ,用有限元方法对体模实验进行了模拟计算 ,获得了电磁波能量在体模中的比吸收率和体模实验稳态时的温度场。模拟计算的结果和实验结果相比较达到了接近实用的精度 ,验证了该模型的合理性     

Temperature monitoring and heating optimization in cancer hyperthermia

A closed form analytical solution to the Pennes' equation with random heating was obtained using the Green s function method. To meet the requirements for the tumor killing temperature and the skin bum threshold, an approach to optimize the cancer hyperthermia parameters was proposed. For clinical practices, a solution to reveal the relationship between skin surface temperature and the transient temperature inside the tissue was obtained. Parametric study shows the feasibility of the heating optimization. The present approach can be incorporated in the apparatus to es¬tablish a noninvasive hyperthermia system.     

复杂人体组织传热的时间分数阶模型及其解

建立了分数阶Pennes生物传热方程,利用有限Fourier正弦变换和拉普拉斯变换及其相应的逆变换,给出了用广义Mittag-Leffler函数表示的分数阶生物传热方程的解析解。整数阶生物传热方程可作为本文的特例而被包含。     

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．     

相控阵聚焦超声消融肿瘤的建模与仿真

相控阵聚焦超声可以同时产生多焦点的声场分布,形成较大的治疗热场,能够很好地解决传统球面换能器焦斑体积小,治疗时间长的问题。提出一种基于Rayleigh-Sommerfeld积分和Pennes生物传热方程的三维声热模型,采用有限元分析方法,在ANSYS仿真环境中研究了相控阵聚焦超声治疗时血流灌注对温度场和焦斑的影响。仿真中所有声场和温度场计算均为三维。焦斑体积根据Sapareto-Dewey方程确定。仿真结果表明采用该模型可以较为准确地预测焦斑的生成情况,反映血流灌注对焦斑的影响,血流灌注对焦斑生成的影响将随着照射时间的变化而发生变化。     

高温环境中发汗暖体假人的热生理数值模型

在工业生产、安全防护等领域当中,研究在高温环境中人员与环境间的相互影响具有重要的意义。使用可以模拟人体发热、发汗的暖体假人,可开展人体与环境之间热湿交换模拟研究,以及开展高温环境服装防护性能测试。该文建立了一个基于20分区发汗暖体假人设备的多分区多层传热数值模型,通过实验等方式确定各分区的各项热物理参数,建立热平衡方程组,实现对假人在给定环境中的温度变化以及与服装相互作用的过程。将模型计算结果与实验测试数据对比验证其有效性,在常温和高温范围内的一致性良好。此数值模型可以作为开展高温环境中假人实验的前期计算工具,实现对温度变化和服装性能的快速预测。     

三点法无损测量生物活体组织热参数的分析

基于两点法测量原理,提出了一种通过三点测温无损确定柱状生物活体组织热参数的新方法,建立了该方法的理论模型,数值计算分析了导热系数、血液灌注率体积热容量等参数对温度变化的影响,以及这些热参数的灵敏度系数.研究结果表明,活体组织的上述热参数的灵敏度系数是线性无关的,可以通过所提出的三点法同时进行测量.     

改进的遗传算法在生物组织热特性参数无损测量中的应用

针对生物活体组织的多个热特性参数同时测量的难点问题,提出了采用遗传算法同时估计多个活体组织热特性参数的方法,设计了实数编码的遗传算法. 通过对选择、交叉和突变算子进行改进,并引入小生境策略,提高了遗传算法的全局寻优能力和搜索效率. 对动态体模和人体前臂的热特性参数测量的模拟仿真研究和实验研究表明,采用改进的遗传算法,能够以较高的精度同时估计生物活体组织的多个热特性参数.     

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。