人舌三维温度场的实验研究与数值模拟

直接采用人舌血管铸型进行三维温度场的实验研究与数值计算.体现出依据生物体的真实形状和真实受热状态而进行的生物传热研究.仍以Pennes方程为基准方程,对自然形态和实际传热状态下的人舌舌体三维温度场进行了重构,计算结果与红外热像测试结果趋于一致.意义在于,以此为技术平台,可通过变换多种生物参数的方法获取不同的舌体三维温度分布与测取中医不同证候的舌热像进行比较,获取特定证候具有的相应生物参数值,由此研究生物传热与传统医学的相关性.     

基于模拟方法生成血管树的人舌三维温度场数值模拟

采用分步模拟方法生成血管树并以此作为物理模型,进行舌体三维温度场的实验研究与数值计算。计算分为舌体组织和血液温度场数值模拟两部分,相应数学模型也包括舌体组织控制方程、血液控制方程及两者之间的耦合方程。在考虑了血液与组织间的耦合换热,舌津液蒸发的影响基础上,采用数值模拟得到的舌面对流换热系数,使计算结果与红外热像验证极为近似。以模拟方法生成的血管树替代生物体的血管铸型,在某种意义上说将生物体三维传热计算方法的研究推向了一个新的层面。     

人舌动脉三维血管树建立方法研究

用血管树作为内热源进行生物体三维温度场重构是一种较为精确的生物传热计算方法.以人舌血管铸型为模板,采用数学方法分步建立其血管树.根据统计规律建立形态走向复杂的舌深动脉和一级分支血管,然后依据生理组织结构规律和优化原则生成其它血管.与实际人舌血管铸进行对比,结果表明:该方法建立的血管树符合人舌血管树的生理结构.用此方法可以替代生物体血管铸型实验,生成具有不同形态特征的血管系统,为深入研究生物体内部的传热特性提供了基础.     

舌模型建构与三维温度场数值模拟初探

舌体的三维温度场的建立可直观反映全舌空间温度的分布情况,能够深层次分析全舌的传热特性。本文选择猪舌为实验研究对象,建构舌体真实血管分布的物理模型为计算机可识别的数字模型,在此基础上用有限元方法对舌体三维温度场的数值模拟做了初步探索。讨论了血管形状分布,血液灌注率,代谢热与生物体三维温度场变化规律的相关性。     

无创测取舌温与人舌血液灌注率的计算分析

无创获取生物体变物性参数的方法,是生物传热研究的难题之一。本文提出了利用人舌红外热图优化计算舌血液灌注率的方法。通过热象仪测取人舌的二维温度场,根据给定的某些物性参数用生物传热模型进行逆运算,从而确定出人舌的血液灌注率。     

舌横纵剖面温度场的实验研究与计算

用红外热成象技术与动物实验等多种方法对舌体的生物传热特性进行了研究。结合中医舌诊机理,用有限元法计算了猪舌内部横、纵剖面的二维温度场。结果表明,舌体传热的特征是温度梯度由舌根到舌尖较大,沿舌厚度方向较小,舌体温度分布受血管分布和血管截面积的影响。得到的舌表面温度场与横纵剖面温度场之间的关系,为结合病症对人舌温度场进行分析计算提供了思路和依据。     

血液对流换热的数值计算

在血管壁施加第三类边界条件是计算血液与组织间对流换热的一种近似计算方法.为分析其可行性,用有限元数值模拟方法计算血管分支结构中血液与组织的对流换热,得到不同流速和半径下分支血管内血液的截面平均Nu数沿管长的变化曲线.结果表明,血管树中分支血管的Nu数变化幅度不大,且趋于稳定值的速度很快.以相同边界条件下包含简单血管系统的舌体为例,分别用近似方法和完全耦合计算方法,进行血液流场和舌体温度场模拟.通过比较计算结果,得出两种方法得到的温度场分布趋势基本相同;用完全耦合计算方法得到的舌体温度略高于用近似方法得到的舌体温度,两者差值小于0.2℃.     

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.     

脉冲激光照射生物组织中非傅里叶导热的研究

生物组织传热在皮肤病的激光热疗中研究意义显著。该过程介质极不均匀,加热时间极短且瞬时热流密度较大,有必要考虑非傅里叶效应.本文针对皮肤组织建立生物传热模型,非傅叶里效应采用基于双曲型导热方程的双相延迟模型描述.激光能量产生的热源项由蒙特卡洛法进行光传播模拟获得,采用三时层有限差分法求解传热方程.研究了激光照射下的生物组织温度场的变化及不同的热弛豫参数的影响作用,发现非傅里叶导热与经典生物传热相比存在本质区别,突出表现为计算温升显著降低且峰值滞后出现.     

生物组织血液灌注率的无损测量研究

本文提出了无损测量生物组织血液灌注率的体表绝热法。推导出了体表绝热时生物组织内温度响应的一维解析解。采用二维生物传热模型,分析了生物组织有限厚度、体表有限绝热面积和血液灌注率分布不均匀的影响。对人体组织的血液灌注率进行了测量,实测温度响应与理论预测值吻合。由于利用的只是体表的瞬态温度信息,对生物组织不会造成损伤,也不会干扰生物组织正常的生理状态,整个测量系统也比较简单。     

时间反转聚焦在组织中形成损伤的数值建模

为考察基于时间反转方法的高强度聚焦超声治疗在预设目标点处的组织损伤情况,使用三维有限差分算法求解Westervelt方程,建立非线性声波传播数值模型,采用97阵元相控阵结合虚拟源的时间反转方法进行超声聚焦,分析其形成的声场和热场,并考察目标点偏离轴线时的组织损伤形成规律。结果表明随着目标点偏轴距离的增大,声压旁瓣开始增多。旁瓣的温升较低,不足以形成组织损伤。时间反转方法可用于多点聚焦,在一定的范围内,形成多点目标损伤而不产生额外的周围组织损伤。同时多点聚焦可以形成一个较大的损伤区域,减少超声治疗时间。     

全息模拟再现像的三维重构

提出一种全息模拟再现像的三维重构方法，可以模拟再现得到三维再现像.计算机模拟再现许多幅在不同深度位置的二维光强分布；利用灰度级变化的聚焦度评价方法，通过寻找最大聚焦度值，确定再现三维像各像点的深度信息.实验证明,该方法能实现模拟再现像的三维重构，使数字全息术有希望成为一种全新的三维面形检测技术.再现像三维重构的实现可以更客观地对全息图进行像质评价，并验证计算机制全息术算法的正确性.     

A numerical simulation of photothermal response in laser medicine

In this paper, we reported a numerical solution of laser induced thermal effect in the bio-tissue. The model of photothermal effect and classical Pennes bio-heat transfer equation were introduced. Finite element method (FEM), which was realized by Matlab software, was used to calculate the temperature distribution. He-Ne laser (633 nm) was used to simulate the physical therapy in in vivo skin tissue. Under the cylinder coordinates, the three-dimension(3-D) geometry of tissue was reduced to two-dimension(2-D)computation. The results contained the radial, axial and temperature 3-D color plot. Combining the time animation display was possible. By changing the laser and tissue parameters we can get different results.This will be the initial and indispensable work of the non-destructive evaluation of the laser induced injury.     

Estimation of temperature elevation generated by ultrasonic irradiation in biological tissues using the thermal wave method

In most previous models,simulation of the temperature generation in tissue is based on the Pennes bio-heat transfer equation,which implies an instantaneous thermal energy deposition in the medium.Due to the long thermal relaxation time τ(20 s-30 s) in biological tissues,the actual temperature elevation during clinical treatments could be different from the value predicted by the Pennes bioheat equation.The thermal wave model of bio-heat transfer(TWMBT) defines a thermal relaxation time to describe the tissue heating from ultrasound exposure.In this paper,COMSOL Multiphysics 3.5a,a finite element method software package,is used to simulate the temperature response in tissues based on Pennes and TWMBT equations.We further discuss different factors in the bio-heat transfer model on the influence of the temperature rising and it is found that the temperature response in tissue under ultrasound exposure is a rising process with a declining rate.The thermal relaxation time inhibits the temperature elevation at the beginning of ultrasonic heating.Besides,thermal relaxation in TWMBT leads to lower temperature estimation than that based on Pennes equation during the same period of time.The blood flow carrying heat dominates most to the decline of temperature rising rate and the influence increases with temperature rising.On the contrary,heat diffusion,which can be described by thermal conductivity,has little effect on the temperature rising.     

双近贴式X射线像增强器成像系统的三维噪音测量及其分析技术

针对基于双近贴式X射线像增强器的射线成像系统,提出了该系统的三维噪音测试及分析方法.分析了各噪音因子的含义,用三维曲线描绘出空间域和时间域噪音的分布情况,结合数字图像处理技术,测量了双近贴式X射线像增强器成像系统在微焦斑射线源四种照射条件下的三维噪音,并对其结果进行分析.分析表明,其结果与双近贴式X射线像增强器成像系统实际性能相吻合.     

层/湍流等离子体射流的稳定性与三维特性的实验观测研究

采用普通照相和短时间曝光成像的ICCD照相技术,观测了低于大气压条件下产生的纯氩和氩-氢直流电弧等离子体射流的高温区的瞬时形貌及其变化,结合电弧弧根在阳极表面贴附行为的观测结果,对射流的稳定性与三维特性和弧根行为之间的关联进行了分析.结果表明,层流等离子体射流的高温区长度明显长于湍流射流情形,并且具有很好的轴对称性和时间稳定性;湍流射流的高温区瞬时形貌则表现出明显的三维特征;等离子体射流的三维特性与弧根在阳极表面的贴附行为没有直接的联系.