激光诱导间质肿瘤热疗的生物组织双层结构模型

基于肿瘤组织与正常生物组织物理特性的差别 ,建立了激光诱导间质肿瘤热疗 (LITT)中的双层组织结构模型 ,采用蒙特卡罗 (MonteCarlo)方法模拟组织中的能量传输 ,并根据Pennes生物传热方程确定组织中的温度变化规律 ,预测肿瘤凝固所需要的时间和热损伤区域的大小。     

激光诱导间质热疗中的治疗参数选择

目的：考察激光诱导间质热疗中各治疗参数对治疗效果的影响，对各治疗参数进行选择和优化。方法：基于光子传输理论，分别采用Monte Carlo模拟方法和Pennes生物传热方程求解生物组织中的能量分布和温度分布。结果：计算得到了一般加热系统、具有冷却设备的加热系统以及暂时阻断血液灌注条件下，激光波长、功率大小及激光加入头曝光时间对凝结区域大小的影响。结论：激光诱导间质热疗中，需要综合考虑生物组织特性和激光波长、功率及曝光时间等治疗参数来制定治疗方案。     

激光诱导间质肿瘤热疗中激光能量在生物组织内传输规律的分析

采用蒙特卡罗模拟方法数值求解了不同波长(1064nm和850nm)时的激光诱导间质肿瘤热疗(LITT)中激光能量分别在人体的肝组织和前列腺组织内的传输，分析了影响激光能量空间分布的主要因素。穿透深度是影响激光能量在半径方向上分布区域的重要参数；在轴线方向上，穿透深度和激光加入头有效发射长度都对激光能量分布区域的大小有重要影响。     

微波热疗天线在生物组织中温度分布的模拟

模拟微波肿瘤热疗条件下生物组织中的温度分布,对临床治疗中微波热疗天线的设计、选择及治疗方案的确定具有重要意义.本文结合电磁场的时域有限差分(FDTD)和温度场的有限差分方法模拟了微波热疗天线在生物组织中产生的温度分布.通过单极子天线对等效组织模型的加热温度模拟结果与实验测量结果比较,对微波热疗天线在生物组织中产生的温度场模拟程序进行了验证.     

激光对生物组织热损伤的计算机模拟

本文采用计算机模拟方法,对激光作用下生物组织热损伤的状况进行数值计算,得到了问题较 准确的稳定解。同时探讨了几个重要的参数对输出响应的影响。     

双脉冲激光对生物组织的热和声损伤机理研究

本文从提高治疗效果减小生物组织声损伤和提高激光的能量利用率考虑，提出双脉冲治疗皮肤色素性病损的方法，并建立皮肤组织的热传导模型，对多脉冲治疗时生物组织的热损伤和声损伤进行的理论分析，表明双脉冲治疗可以提高疗效，减小生物组织的声损伤。同时，为减小组织的热损伤，脉冲间隔最小应为4倍的组织热驰豫时间。经病理实验得到验证。实验中双脉冲激光为200微秒。     

激光诱导间质热疗中生物组织吸收系数变化特性研究

利用近红外光谱技术进行生物组织激光诱导间质热疗（laser induced interstitial thermotherapy, LITT）实时监测,探讨LITT术中疗效评估基础。实验样本采用离体猪肝和小鼠皮下移植肝肿瘤,使用近红外光谱实时采集系统采集激光热疗过程中组织吸收系数。实验结果表明组织吸收系数在激光热疗过程中具有一定的变化规律,其中猪肝的变化规律非常明显,在低功率下呈现缓慢的上升,高功率下达到一定的温度（50℃左右）快速上升,并逐步达到稳定。肿瘤在热毁损时会根据瘤体的组织特性不同出现特异性变化,这些变化可以作为将来临床治疗的参考。实验结果表明在进行实体组织激光诱导间质热疗过程中,组织吸收系数作为实时监测因子具有一定的参考价值,而作为肿瘤的治疗评估因子还需要进一步探索。     

激光间质热疗的功能近红外疗效评估

探讨了利用功能近红外光谱(FNIRS)实时在体监测激光诱导肿瘤间质热疗(LITT)进行疗效评估的可行性。实验采用新鲜离体猪肝和肝癌小鼠皮下移植瘤模型,按不同激光功率和加热时间进行LITT毁损热疗,利用FNIRS监测系统同时监测热疗过程中约化散射系数μs′。结果表明,FNIRS监测系统获取的约化散射系数在LITT热疗过程中呈上升趋势,起始阶段上升较快,达到一定数值后趋于稳定。激光功率越大,μs′上升越快。组织成分不一样时,约化散射系数的变化趋势一致,曲线形态有所不同。因此,FNIRS可以用于LITT实时在体疗效评估,μs′可以作为一种新的LITT术中实时在体疗效评估因子,通过监测μs′的变化将有助于指导临床热疗。     

强激光辐照下生物组织的瞬态温度场研究

研究生物组织在强激光作用下的瞬态温度分布,探讨强激光作用下生物组织的热传输规律,采用数值方法中的有限差分法求解热传导方程,得出了生物组织纵切面上温度的时空分布图、生物组织轴向温度按指数规律降低及径向上温度按偶次方幂函数规律变化,根据纵切面上温度时空分布图估算出热损伤深度,当激光功率密度分别为175W／cm^2和298W／cm^2时,热损伤深度分别为0．28mm和0．24mm,其值与相关实验值较好地符合。     

激光辐照CCD温度场与热应力场的研究

为了研究了激光与CCD传感器的作用过程及损伤机理,采用有限元分析的方法,对波长1.06μm的连续激光辐照行间转移型面阵CCD进行了理论分析和仿真研究。以基底Si表面激光辐照区域为热源建立热力耦合模型,模拟得出了CCD的温度分布和热应力分布。通过对比分析其组成材料的温度损伤和应力损伤所发生的时间,发现应力损伤先于温度损伤。结果表明,作为固定边界和自由边界的交汇处,基底Si下表面边缘处热应力于激光作用0.1s时最先超过破坏阈值120MPa,发生应力破坏; Si材料产生由下表面边缘向中心的滑移,基底逐步脱离固定; 激光作用0.3s时,遮光Al膜与SiO₂膜层也因热应力超过两种材料的附着力100MPa,而产生沿径向由内向外的Al膜层剥落的应力破坏行为,这种行为将加快基底Si材料的滑移,最终致使整个CCD因脱离工作位置而失效。该研究成果为CCD传感器的激光损伤及防护提供了理论依据。     

强激光辐照光学材料的热力效应研究

在建立强激光辐照光学材料物理模型的基础上,采用解析解的形式计算了高斯型连续激光照射圆柱形靶板的三维温度场以及相应的应力分布。分析了高斯光束作用时,环向热应力最大值及其作用时间的关系,指出三维时,“热扩散长度”的概念不再适合。通过数值分析给出了与特定参量相对应的拟合公式,并计算出相应的损伤阈值。对理论计算与实验结论进行了比较,验证了理论模型的合理性。     

单个脉冲作用下熔融石英的温度和热应力研究

理论研究单个激光脉冲作用光学材料的温度和热应力分布模型,根据脉冲特征,分别建立适用于短脉冲和长脉冲的温度分布模型;进一步建立单个脉冲作用下的热应力模型。以熔融石英为例数值计算和分析了单个脉冲作用下的温度和热应力分布。研究结果表明,如果只求解单脉冲结束时的温度分布,长脉冲和短脉冲模型计算结果一致。单个激光脉冲辐照熔融石英,材料温度升高,如果温度达到材料融化或汽化温度,将导致材料的熔融汽化破坏,另一方面,在焦点区域温升不均匀,将导致热应力产生,如果热应力达到材料的力学破坏阈值,将诱导材料的热应力损伤。     

激光手术时热效应的估计与实验测量

本文用计算机数值模拟求得了激光辐照时生物组织中的一维温度场和相间边界移动速率,进而估计了其热损伤大小和烧蚀组织数量,并对热损伤区大小和切割深度进行了实验检验。结果表明：该估算结果与实验数据符合得很好。     

热容模式下片状激光介质瞬态温度及热应力分析

为了研究激光介质热畸变对固体热容激光器的影响,数值计算了高功率激光二极管阵列抽运片状激光介质的瞬态温度场和热应力分布。结果表明,在相同的抽运功率密度下,激光介质中的温度分布和热应力分布不仅与激光介质几何构型及抽运光空间分布有关,还与抽运光斑在介质表面的填充因子密切相关。当抽运光斑未充满激光介质时,介质的表面靠近边缘处会出现大的拉应力集中,并且介质表面的最大轴向位移和最大拉应力随光斑填充因子增大而增大;而当抽运光充满介质时,表面是压应力,较小的拉应力存在于介质内部。     

光电探测器激光损伤因素及其成因分析

给出了光电探测器激光能量损伤阈值的参考表达式,并对导致激光损伤的显性和隐性因素及其成因进行了分析。给出了激光损伤阈值同部分损伤因素的大致变化关系,为激光干扰、致盲武器系统的设计奠定了基础。     

激光脉宽对光学薄膜元件热损伤的影响

纳秒量级及以下脉宽激光致光学薄膜元件的损伤研究持续了几十年,但纳秒量级以上脉宽却很少提及。因此,针对10 ns~1 ms量级区间不同脉宽激光辐照光学薄膜元件产生的热损伤进行了研究,计算了高反膜、增透膜和干涉滤光片三种典型光学薄膜元件的温度场分布,并分析了其激光热损伤特性。结果表明,对于长脉宽激光,热扩散深度大,薄膜损伤的电场效应被削弱,热传导效应在损伤中占据主导地位,损伤可至基底;短脉宽激光损伤对薄膜内部的电场分布更为敏感,损伤发生在温度最高值附近的膜层区域。进而开展了10 ns与1 ms脉宽激光致光学薄膜元件的损伤实验,损伤阈值及形貌特征与温度场计算结果显示的热损伤特性相符。     

激光熔覆热损伤磁记忆检测试验研究

对Q235基体材料激光熔覆Ni基合金试件进行磁记忆信号检测,探讨金属磁记忆技术检测激光熔覆热损伤的可行性,研究不同激光熔覆参数造成的热损伤对磁记忆信号的影响规律以及激光熔覆参数对热损伤程度的影响规律。结果表明金属磁记忆技术可有效检测激光熔覆热损伤,利用磁记忆信号均值梯度曲线的突变位置可以标明热损伤位置,采用熔覆区域均值梯度突变峰值和所有检测点均值梯度平均值的比值对热损伤程度进行定量评估。热损伤程度定量评估结果表明激光功率增加、光斑直径减小、扫描速度降低,都会使激光熔覆热损伤程度增加。