基于混合生物热传导模型的Pennes方程的改进

在血管树模拟研究的基础上,运用混合生物热传导模型并采用考虑血管和组织间局部传热的血液灌注率,改进了传统的Pennes生物传热方程.运用COMSOL Multiphysics对其进行仿真,并对改进前后Pennes方程求解结果进行比较,结果表明,改进后的Pennes方程能够显示出血管树对组织区域温度分布的局部影响,而传统Pennes方程则只表述了组织中温度分布的均匀形式.

生物传热基本方程的研究

本文分析了已有的生物传热基本方程,采用多孔体模型导出了相应的基本方程,在此基础上,分析了生物组织的有效参数与骨架组织和血流参数之间的关系,这为测量在体组织热物性提供了有希望的前景。本文利用所提出的生物传热模型,按Pennes原文采用的数据资料对人臂径向温度分布进行了试算。结果表明,该模型相当适合Pennes原实验测试记录。

时间延迟型生物传热方程及其振荡特性的初步分析

生物传热学是一门新兴的不断发展着的科学,它正在根据一些新的发现和认识使其基本命题和定理不断趋于完善,并由此而提出新的概念,本文基于对活体组织温度振荡效应的最新认识,提出三个新观念下的时间延迟生物传热方程,它有可能刺激相应数学分析工作的开展,并将积极推进对蕴藏于生物组织中的各类热现象本质规律的认识。

特解边界元法数值解三维Pennes方程及其应用

应用特解边界元法对非稳态的三维Pennes方程求解 ,将解分为一满足泊松方程的通解与一特解之和 ,通解按照边界元法求解 ,特解用分离变量法给出 ,与位置有关的部分采用截断多项式 .逐时间段计算边界元的温度及热流值 ,然后计算域内点的值 .并将该方法用于热疗温度场的数值实例计算 .

Weinbaum-Jiji生物传热方程在低温外科手术中的应用

皮肤低温外科手术中的一个关键问题是对体表受冷刀作用后组织温度场的准确预测和调控 ,而生物组织内真实血管的空间分布会对这一相变传热过程产生重要的影响。本文将常温情况下建立的Weinbaum Jiji生物传热方程拓展应用于该问题的分析 ,由此考察血管空间分布结构对皮肤相变传热过程的影响 ,以一维问题为例 ,采用变时间步长的数值计算方法得到了体表受冷刀作用下的组织冻结温度变化情况。作为对比 ,本文还求解了经典Pennes生物传热方程及普通导热方程的相应相变传热问题。三类方程的比较表明在相同冷冻和物性条件下 ,血管空间分布效应会对一定部位的组织瞬态温度响应产生很大影响 ,这提示了在低温外科手术中预示相变过程时考虑血管传热机制的重要性。文中还考察了相变温度和大血管入口速度对温度预示的影响情况。就作者所知 ,本文是考虑血管分布效应后对皮肤低温相变传热进行分析的首次尝试。

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,能有效反演出灌注率函数。

生物组织传热红外热成像的三维温度场重建

背景:红外热成像技术作为新型的非接触测温方法,具有无损、快捷、方便的特点,并且可以利用计算机技术对生物组织内部温度场进行三维重构。目的:针对肿瘤热疗过程中温度场测量与重构,提出生物组织温度场三维重建新方法。方法:首先根据生物传热和红外热辐射信息,采用红外热成像技术非接触测量分层体模的二维温度分布信息;然后,将此温度信息转换为人眼可视的灰度图,并进行伪彩色处理,同时,利用传输函数为热像图序列的每一个像素重新分配颜色和不透明度,从而对分层体模的温度场利用体绘制光线投射算法进行三维重建。结果与结论:实验结果表明,依据红外热辐射的原理,采用红外热像仪接受红外信息并将其转换为温度值,然后采用伪彩色显示方法,对分层体模的三维温度场进行光线投射重建,为热疗过程中生物组织内部三维温度场的测量、观测提供了新的技术手段与方法。

生物质热解气喷雾冷凝的传热传质特性

生物质热解气的快速冷凝是影响生物油品质和出油率的关键因素之一。喷雾冷凝是实现快速冷凝的有效方法。文中以生物质热解气的关键组分所形成的多组分体系为研究对象,采用多组分体系传热传质经典的膜模型,使用Maxwell-Stefan方程描述其质量传递,结合气液相际传质的特点,进行了喷雾冷凝过程中的传热传质耦合计算。通过计算获得了液滴直径、液滴平均温度以及混合气体平均温度的变化规律,并探讨了初始流速、喷雾液滴直径和气液质量流量比对热解气冷凝过程的影响。

生物导热基本方程的一维不定常解析解

对目前比较通用的3种生物导热基本方程——Pennes方程,王补宣方程和Chen-Holmes方程,以及在考虑热波效应时这3种方程的改进形式,都给出了其一维不定常特例下可能的解析解。据知,以前还没有发表过这么完整的解析解。它们除有其不可代替的理论价值外,还可以作为标准解来校验目前日益发达的数值解以及作为基础来研究计算传热学的数值计算方法。另外。

隐式差分格式在复杂人体组织传热时间分数阶方程中的应用

针对时间分数阶Pennes生物传热方程,构造其隐式差分格式,求解出了时间分数阶Pennes生物传热方程的近似解,并讨论了其稳定性与收敛性。结果表明:隐式差分法求解pennes方程具有可行性且计算简单。

微波诱导生物热传导方程的最优控制问题

用一组方程式描述均匀平板状生物组织的热传导,分析其分布式的最优控制问题,研究该生物组织在肿瘤局部特殊点上达到所必需的温度,通过控制微波,使微波辐射的诱导作用,在手术进程的总时间内,该肿瘤点达到过高热.研究在手术过程不同时间点上生物组织温度与其长度间的依赖关系,使肿瘤达到期望的温度值.

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.

含肿瘤皮肤组织传热分析的广义有限差分法

生物传热分析在低温外科手术、肿瘤热疗、病热诊断等临床医学治疗和诊断中有着广泛的应用.由于健康皮肤组织内肿瘤的存在使得肿瘤附近区域的温度会明显升高,这一特性常被用于检测皮肤组织内的肿瘤生长,因此有必要开展生物传热数值分析的研究.本文以含肿瘤的皮肤组织为研究对象,将一种新型区域型无网格配点法——广义有限差分法应用于能描述含肿瘤皮肤组织传热过程的Pennes方程求解.广义有限差分法利用泰勒展开式与移动最小二乘法将计算区域内的每个离散点上的物理量导数表示成其与邻近点物理量及权重系数的线性组合,进而构建得到仅含各离散点未知物理量的线性方程组.该方法不仅具有无需划分网格、避免数值积分等无网格配点法的优点,同时还克服了大多数无网格配点法中插值矩阵高度病态的问题,为此类方法在大规模工程数值计算中的应用提供了可能性.本文首先介绍了模拟含肿瘤皮肤组织传热过程的广义有限差分法离散模型,随后通过不含肿瘤与含规则形状肿瘤的基准算例,检验广义有限差分法的计算精度与收敛性;在此基础上,通过数值模拟研究不同肿瘤形状及肿瘤位置分布对皮肤组织内温度分布的影响.

激光作用下生物组织光热效应的研究状况

激光生物医学理论和临床实践的基础是激光与生物组织相互作用研究。本文从生物传热方程出发 ,探讨激光作用下组织光热效应的空间分布及时间行为 ,光热传播临床应用的特点 ,温度的实时测量。理论模型和实验手段的结合 ,可以对激光外科临床应用中的热损伤作出预测 ,也有助于新型医疗手段的验证。

激光照射下生物组织内部温度分布的解析式

基于Pennes生物传热方程,建立血液灌注率随时间变化条件下,激光与生物活体组织热相互作用的理论模型,通过数学物理方程求解该模型得出一维瞬态温度时空分布的解析函数表达式,从而为激光在医学中的应用提供理论依据.

空间-时间分数阶高温热疗方程的数值模拟

本文考虑了一个空间-时间分数阶高温热疗方程。该方程将一般的Pennes生物传热方程中时间一阶导数用α(0<α≤1)阶代替,空间二阶导数用β(1<β≤2)阶代替。利用差分方法,建立了显式差分格式,讨论了该格式的稳定性,并证明了它的收敛性,最后给出了数值模拟。

广义时间迟滞型生物传热方程及其波特性的初步分析

生物传热学是一门新兴的不断发展着的科学,它正在根据一些新的发现和认识使其基本命题和定理不断趋于完善,并由此而提出新的概念。本文报道对生物传热热波方程的一个重要改进。

铁氧体磁芯磁场分布的优化及其对磁纳米热疗的影响

以缠绕着载流线圈的铁氧体磁芯为基础,应用有限元方法分析载流线圈位置对磁场分布的影响,接着采用磁场不均匀性函数结合遗传算法对磁芯气隙内的磁场均匀度进行优化,优化后的磁芯磁场通过顺序耦合方式被进一步应用于磁热疗治疗温度分布分析,采用治疗期间肿瘤区域内的有效治疗温度对肿瘤体积的占比来评估磁热疗治疗效果。研究结果表明:线圈位于气隙两端所产生的磁场优于其位于左端所产生的磁场,与等效磁路分析结果基本一致。本文所提优化方法可使得气隙磁场均匀度显著提高,并使磁热疗肿瘤区域最高治疗温度达到临界值,显著提高治疗效果。