激光热疗中生物组织的光热描述及研究进展

激光热疗中,激光与生物组织相互作用研究应包含两个方面：一是光子在生物组织中的迁移规律,基于传输理论的Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ方法能较为真实地模拟光在生物组织内的分布,并进一步获得热源的分布;另一方面是热在生物组织中的传导,经典的Ｐｅｎｎｅｓ方程和基于微结构的Ｗｅｉｎｂａｕｍ与Ｊｉｊｉ模型从不同层面描述生物组织中的传热问题,两者的统一是至关重要的,文中对此进行了阐述,文中还报道了用光学方法对组织热凝固     

激光诱导间质热疗中生物组织的温度场研究

激光诱导间质热疗疗效评估的前提是必须获得准确的激光在不同功率、不同照射时间的生物组织温度场分布.利用多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics构建了在组织光学参量不变情况下的三维有限元传热模型.该模型基于Pennes生物传热方程和轴对称高斯形状的激光光束热源方程,参量针对离体猪肝组织,考虑到了生物组...     

激光诱导间质热疗中生物组织的温度场研究

激光诱导间质热疗疗效评估的前提是必须获得准确的激光在不同功率、不同照射时间的生物组织温度场分布.利用多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics构建了在组织光学参量不变情况下的三维有限元传热模型.该模型基于Pennes生物传热方程和轴对称高斯形状的激光光束热源方程,参量针对离体猪肝组织,考虑到了生物组织热物性密度、比热和热导率随温度变化的情况.仿真获得激光功率为0.77 W、0.95 W、1.23 W,照射时间为10~90 s,径向距离0~2 mm范围和轴向距离0~4 mm范围的温度场数据集.利用拟合算法,获得了自变量为激光功率、照射时间、径向距离和轴向距离的生物组织温度场分布模型.将功率为0.88 W和1.05 W时的结果与Pennes方程结果相比较,两者误差在5%以内.     

肿瘤热疗中正常组织的降温保护方法

本文提出了一种对热疗中肿瘤周围的正常组织或器官实施降温保护的方法.该方法的原理是向需保护的组织或器官区域注射相对低温的保护液.为验证其可行性,本文对射频热疗中采用该方法后组织的传热过程进行了深入的数值研究.结果表明,注射低温保护液方法可有效地防止肿瘤周围正常组织或器官在热疗中受到热损伤.     

激光协同聚焦超声辐照生物样品增强热效应的实验和理论研究

对中等强度聚焦超声在生物样品中产生的热效应以及激光协同超声增强热效应进行了实验和理论研究。实验上,对生物和仿生样品在超声作用和激光协同超声作用下加热情况进行测量,通过对比表明,激光协同超声作用于生物样品,引起空化效应以及温度升高更为明显。同时,理论上对聚焦超声在生物样品中衰减产生的热效应、超声空化以及激光协同超声增强空化及其产生热效应进行机理分析。通过对机理的分析表明,激光引起的光致核化使超声空化更易于产生,有效的增强空化效应,进而增强热效应。为对具体实验给出量化分析和估算,通过理论与实验结果相拟合,对超声传播引起的温度升高进行计算,并估算超声和激光协同超声产生空化微泡对加热效应的不同贡献,为空化效应在超声治疗中的贡献提供参考数据。      

在1341.4 nm激光波长对生物组织折射率的测量

根据全反射原理,设计一个由准直宽光束和双棱镜构成的测量装置用于测量生物组织的折射率.在波长632.8 nm通过对几个样品测量,证明该方法用于测量生物组织的折射率具有可靠、精确和简单易行的特点.第一次测得了某些生物组织在1341.4 nm 的折射率,也为在1341.4 nm激光波长测量人体组织的折射率提供了一种有效的方法.     

蒙特卡罗模拟激光诱导间质热疗中激光能量在肿瘤组织内的传播

激光诱导间质热疗手术方案的制定需要术前对引入激光能量在组织中的分布进行准确的数值模拟。考虑肿瘤大小、光学特性与周围正常组织的差别,建立激光诱导间质热疗时的肿瘤与正常组织两层结构模型,采用蒙特卡罗方法模拟激光在其中的传播,得到激光能量在组织中的分布规律,并采用Pennes生物传热方程计算得出组织的稳态温度分布,这对于激光诱导间质热疗的临床应用具有积极的理论指导意义。     

肿瘤热疗计划中三维温度分布的不确定性研究

本文采用Monte—Carlo方法对肿瘤热疗计划中组织的三维温度场进行了模拟,并研究了肿瘤区域、血液灌注率、 加热功率等参数的不确定性对组织温度造成的影响。本文结果对优化热疗参数及制定临床治疗方案具有重要的参考价值。     

激光与美容

 随着生活水平的提高,人们对美的追求日益强烈,为了满足这一需求,科学工作者一直在不断的尝试,从传统的药物美容发展到如今的激光美容,让人们对美容的前景大为看好,激光美容的快速、安全、高效将引领美容业进入一个新的时代。一、激光机理激光,英文全名为lightamplicationbystimulatedemissionofradiation意为“受激辐射光放大”,简称laser。激光是一种颜色很纯,能量高度集中的光,它具有任何常规光源无法比拟的特点。激光在美容领域中的应用正是由它本身的特点决定的:它具有单色性好,方向性好,高功率密度等特性。     

激光匙孔焊接过程两传热数值计算

对高能量密度激光匙孔焊接过程的二维准稳态传热进行了计算方法的研究。数学模型的 质量、动量和能量守恒为依据，数值计算在曲线坐标系上进行。提出了位置预测－－修正技术，以便准确地捕捉焊过程中固－液交界面的形状。并应用该计算方法对一典型的ＡＩＳ１３０４不锈钢板的匙妆过程中进行了算例验证，结果表明该计算方法进合理可行的。     

用飞秒激光研究有机体组织

最近在美国巴尔的摩召开的CLEO/QELS会议上 ,Colorado矿学院的J .Squier教授及其研究组演示了一项新的飞秒激光技术 ,它能在微观水平上自动地完成对有机体生物组织的切割与成像 .在临床检测及活体检定中 ,例如对疑似胸肿瘤活组织的测定 ,对有机体组织进行冷冻、切片等完全是手工操作 ,这要求很高的技巧 ,因为首先要切成很薄的片 ,然后再在显微镜下观察 .现在Squier研究组的工作完全突破了这一点 ,他们利用飞秒激光脉冲对生物有机体切片时不需要先进行冷冻 ,同时还能对各种软组织进行成像 .其工作程序是 :第一步对样品进行荧光染色作为…     

圆柱坐标系下生物组织中激光传输的七流模拟

提出了圆柱坐标系下生物组织中激光传输的七流模型,根据此模型进行的计算结果与直角坐标系下七流模型的计算结果比较,二者吻合较好.在此基础上,研究了组织光学性质对激光在组织内传输过程的影响,结果表明:散射效应使入射激光分布到更大的组织范围内,并使激光的穿透率降低,但其影响是有限的,即当散射系数增大到一定程度后,组织内的激光能量分布就不再有明显的变化.相对而言,吸收系数对组织内激光能量分布的影响比散射系数要大,各向异性系数增大使组织内的散射趋于前向散射,激光能量分布也更深入组织内部.     

发热时人体面温变化及影响因素研究

本文基于脑部的生理结构,建立了三维重构后的脑部传热模型。通过数值计算,获得了正常生理情况下的面部温度分布。结合发热时人体生理机能的变化,发现代谢产热和血液温度为脑部温度分布主要影响因素,在此基础上分析了发热时导热系数和对流换热系数对额温的影响。最后经实验得到了不同体型人群额温与耳温差异性的统计规律。本研究为体温筛查提供了一定的理论依据。     

激光辐照下蜂窝夹芯复合材料结构传热及热烧蚀分析

结合蜂窝结构传热机制与复合材料烧蚀机制，研究了蜂窝夹芯复合材料结构在激光辐照条件下的热响应。针对典型蜂窝单元，建立了细观导热及烧蚀理论模型。基于有限元软件热分析模块和二次开发程序构建了蜂窝夹芯结构的高温传热数值模型，考虑了热物性参数的非线性变化、树脂热解和纤维烧蚀过程。采用连续激光作为加载热源，设计并开展了大气环境中蜂窝结构的热烧蚀实验，获得了蜂窝结构的动态烧蚀特征。结果表明，蜂窝夹芯复合材料结构在激光功率密度为102 W/cm2量级时具有良好的抗烧蚀能力，数值模型能够较为准确地模拟激光加载蜂窝结构过程中的烧蚀温度和树脂、纤维的烧蚀情况，并获得较为真实的烧蚀形貌。     

溴化锂溶液水平薄膜流吸收过程的研究

针对溴化锂溶液水平薄膜流动下吸收水蒸汽的过程，本文建立、求解了其数学模型，同时采用激光全息干涉方法进行了局部光测实验，并将实验结果与本文模型的计算结果进行了比较和分析，表明实验与数值计算结果基本吻合，从而在局部细节验证了模型的正确性，揭示了水平薄膜流吸收蒸汽过程的传热传质机理，并在光测试验上取得了一定成果。     

脉冲激光加工碳纤维复合材料板材的数值模拟与实验优化

利用激光线扫描方式建立丝状高斯热源的传热模型,并对其进行数值分析,得到脉冲激光烧蚀碳纤维的演化规律。对碳纤维复合材料（CFRP）板材进行激光烧蚀实验研究以验证所提模型的可行性。结果表明：当激光功率为9 W、激光扫描速度为200 mm/s时,板材表面绝大多数树脂被蒸发,表面粗糙度降至7.20μm,表征数据稳定性的样本方差为1.889。实验证明了该理论模型的正确性和可行性,为CFRP材料的激光加工研究提供了参考。     

激光技术在心脑血管疾病治疗中的应用

 1960年美国人梅曼研制出世界上第一台激光器后不久,激光技术就在医学中得到了广泛的应用。心脑血管疾病一直是困扰人类的“恶魔”,随着社会的不断发展,生活水平不断地提高,老龄化问题日益突出,世界上每年患此类疾病的人数不断地攀升,一些传统的治疗方法虽然比较成熟,但是往往要对病人麻醉开胸,手术风险性大、费用高,给病人生理和心灵带来较大的痛苦,对于那些身体条件差的人则只能“望而兴叹”了,对于脑血管疾病等疑难杂症则更是缺乏有效的治疗方法。随着激光技术及其相关技术不断地发展与完善,激光技术在心脑血管疾病的治疗中收到了较好的治疗效果。