鼻咽组织光热响应研究

利用生物传热理论模型Pennes方程对Ar^ 激光辐照下生物组织的温度分布进行模拟研究;实验测定了离体猪鼻咽组织存Ar^ 激光(λ=488．0nm和514．5nm)辐照下不同位置的温度分布．重点研究了辐照功率密度和波长对组织中温度分布的影响。理论和实验结果表明：组织中的温度分布与组织不同深部位置、激光波长以及激光辐照功率密度有关;实验获得波长488nm和514．5nm的Ar^ 激光分别辐照鼻咽组织时安全光剂量分别为1．85W／cm^2和1．72W/cm^2。     

聚焦Tm激光与眼角膜热作用的研究

随着全世界老龄化的加重,老年人的生活质量越来越受到重视,而老花眼（老视）是每个人步人中年都要面对的视觉问题。激光热成型术（LTK）在矫正老视的临床中占有重要的应用前景。为了研究新型Tm激光与角膜热作用的生物学效果,采用有限元方法模拟了聚焦Tm激光各参数作用下角膜组织内温度场的分布。模拟结果表明激光有效穿透深度与激光功率密度和时间都是正向相关,而与能量密度的正向相关性较差：激光作用时间越长,角膜组织中的温度梯度越小。实验上,采用猪眼角膜为实验对象,在不同激光功率密度作用下,利用病理切片观察角膜的变化,发现功率密度在86W／cm^2至98W／cm^2,能量密度在172J／cm^2至294J／cm^2范围内,角膜组织有合适的穿透深度：350μm至425μm和明显的力学变化,能较好实现角膜中胶原的热收缩。     

强激光对组织热损伤过程的数值模拟与实验研究

强激光作用于生物组织时会产生气化、碳化和熔融等相变热效应，并对组织造成热损伤，据此提出了包含碳化层和生物组织层双层结构、具有两个相间移动边界的激光与生物组织热相互作用数学模型。对数学模型进行了数值求解，得出了组织内部的温度分布，相间边界的温度，相间边界移动速度及碳化层厚度等参数的变化规律，并探讨了它们与激光强度之间的相互关系等问题。数值模拟表明，该光热作用过程分为两个不同阶段：起初的非稳态阶段以及紧接着的准稳态阶段，此时相间边界温度、相间边界移动速度以及碳化层的厚度均为与时间无关的常数。进行了激光生物组织热损伤实验，实验结果与数值模拟结果进行了比较和分析。结果表明，热损伤区大小、碳化层厚度等模拟值能与实验值较好地相符。     

Ar+激光辐照下离体猪鼻咽组织的热响应特性

为了获得用于鼻咽癌(NPC)光活检的Ar^ 激光对鼻咽组织的安全光剂量阈值，实验测定了离体猪鼻咽组织在Ar^ 激光辐照下不同位置的温度分布，重点研究了辐照功率密度和波长对组织中温度分布的影响。实验结果表明，组织中的温度分布与探测位置、激光波长以及激光辐照功率密度有关。在同一波长激光辐射下，组织中的温度随着辐照激光功率密度的增大而增大，当辐照功率密度达到1．85W／cm^2时，鼻咽组织黏膜下层的温度可超过41．5℃；在相同功率密度激光的辐照下，波长为514．5nm的激光照射鼻咽组织时的光热效应较488nm波长明显。     

人结肠及结肠腺癌组织的光学穿透深度和光衰减特性

利用反向倍增法（IAD），采用双积分球系统，研究了人正常结肠和结肠腺癌粘膜／粘膜下层以及正常结肠和结肠腺癌肌层／浆膜组织对630nm，680nm，720nm，780nm，810nm，850nm和890nm的钛宝石激光的光学穿透深度和光衰减特性。结果表明，正常结肠和结肠腺癌粘膜／粘膜下层以及正常结肠和结肠腺癌肌层／浆膜组织的光学穿透深度和总衰减系数都是随着激光波长的变化而变化的。正常结肠和结肠腺癌粘膜／粘膜下层组织的光学穿透深度的最大值都在890nm，其值分别为0．517cm和0．348cm；最小值都在680nm，其值分别为0．232cm和0．209cm。正常结肠和结肠腺癌肌层／浆膜组织的光学穿透深度的最大值都在890nm，其值分别为0．575cm和0．433cm；最小值都在680nm，其值分别为0．277cm和0．260cm。正常结肠和结肠腺癌粘膜／粘膜下层组织的总衰减系数的最大值都在890nm，其值分别为215cm^-1和229cm^-1；最小值都在780nm，其值分别为187cm^-1和209cm^-1。正常结肠和结肠腺癌肌层／浆膜组织的总衰减系数的最大值都在890nm，其值分别为213cm^-1和231cm^-1；最小值都在680nm，其值分别为193cm^-1和204cm^-1。     

激光对生物组织的热损伤机理研究及临床应用探讨

本文探讨激光对生物组织的热损伤机理及其临床作用，由此而建立估算生物组织损伤深度的数学模型，根据此理论对激光临床应用的指导意义展开讨论。     

热作用致人前列腺增生组织的光穿透深度变化

为了研究热作用下人良性前列腺增生(BPH)组织对532nm,670nm,830nm和1064nm的光穿透深度的变化及其差异。采用了双积分球测量系统以及反向倍增法获取组织的光学特性。得到的实验结果为:在20℃~80℃的温度范围内,BPH组织对532nm,670nm,830nm和1064nm的光穿透深度都是随着激光波长的增大而增大,随着热作用温度的变化而改变的。随着热作用温度的升高,BPH组织对1064nm的光穿透深度的变化显著地较其对532nm,670nm,830nm的光穿透深度的变化都要大得多。其对532nm,670nm,830nm和1064nm的光穿透深度的最大值分别在50℃,50℃,50℃和70℃,其值分别为0.404mm,0.539mm,0.699mm和5.917mm;最小值分别在20℃,20℃,80℃和60℃,其值分别为0.251mm,0.449mm,0.621mm和1.542mm。该测量结果可为激光的光热治疗BPH提供一点有益的参考。     

CO2激光照射活体皮肤的光热效应研究

结合温度测量和数值模拟进行激光与组织光热效应的研究。采用二维有限元法求解生物热传输方程,可计算得到组织的模拟温度分布。温度测量可用来验证理论模型,采用微型热电偶与红外辐射测温仪同时测量生物组织内部和表面照射点温度,适于组织微创和快速的点温测量。CO2激光凝结活体大鼠皮肤组织的实验和数值分析结果显示温度响应曲线形状基本一致,表面照射点（r=0mm,z=0mm）和皮下（r=0mm,z=1mm）温度的峰值相对误差分别为23．24％和0．4％,灌注率和位置是温度曲线的主要影响因素,所以准确的组织参数和更精确的定位可以进一步降低误差,为激光治疗提供直观、全面和可预知的信息。     

高损伤阈值氟化氘腔镜研制

报道了氟化氘(DF)激光器腔镜的膜系设计、材料选取、制备工艺及其损伤阈值和热畸变测试结果。实验结果表明，镜面在21kW／cm^2功率密度下的热畸变为0．32左右(λ=632．8nm)，腔镜的损伤阈值大于40kW／cm^2。     

氯胺酮对He-Ne激光照射促人正常皮肤成纤维细胞增殖作用的影响

针对动物模型伤口的光生物调节作用，用He-Xe激光对人正常皮肤成纤维细胞增殖的促进作用作为细胞模型．研究了麻醉药氯胺酮的影响。用MTT法测定细胞增殖作用。分别研究了1．56mW／cm^2He—Ne激光(0，10，30，100和300s照射)对人正常皮肤成纤维细胞的增殖作用和氯胺酮(0，0．6，1．2和2．0μg／mL)预处理划He—Ne激光(300s照射)细胞增殖作用的影响。氯胺酮(0．6，1．2,2．0μg/mL)预处理能抑制468．7mJ／cm^2He—Ne激光促人正常皮肤成纤维细胞增殖的作用。这说明动物实验中用于麻醉的药物可能对激光促进伤口愈合的实验结果有影响。     

强激光辐照下生物组织二维瞬态温度场分布数值模拟

基于生物组织热传导方程,探讨了强激光辐照生物组织的热传递规律,建立了三层皮肤组织模型,用有限元方法对脉冲激光作用于生物组织时产生的温升进行了数值模拟,给出了皮肤组织的二维瞬态温升云图．研究了激光脉宽、束腰半径等参数对生物组织径向、轴向温度的影响趋势。结果表明,激光束腰半径增大,皮肤组织的径向温升扩散区域及轴向温升深度增大．中心最高温度减小激光脉宽减小,中心最高温度增大。激光辐照结束后,皮肤组织温升会持续一段时间,达到峰值后逐渐、下降。     

分布Er:YAG激光对皮肤光致热分解作用数值分析

为了计算分布Er:YAG激光皮肤治疗中微尺寸调Q Er:YAG对皮肤组织光致热分解作用中的压力曲线,采用分布Er:YAG激光皮肤软组织光致热分解作用的数学模型进行数值计算,得到将激光功率密度控制在合适范围内,能使皮肤组织快速汽化而不碳化,且在该功率密度范围内受照皮肤组织内部形成很短持续时间强大压力的结果。结果表明,合适的功率密度的分布调Q Er:YAG激光皮肤治疗,能达到皮肤周围组织损伤小、手术疼痛感少的效果。该计算结果与国外的实验报道基本吻合。     

脉冲激光波长对生物组织温度场影响趋势研究

根据生物组织热传导方程,分析了激光与生物组织作用的热传递数学模型,建立了基于有限元方法的的三层皮肤组织模型,给出了采用ANSYS软件进行组织温度场求解的流程,仿真研究了不同波长脉冲激光在皮肤组织内部产生的温度场特性,得出了组织内部温度场分布、激光入射深度与激光波长之间的关系。结果表明,激光波长增大,皮肤组织的温升效果呈下降趋势。由于皮肤组织对不同波长激光具有不同的吸收特性和衰减特性,使得激光的入射深度在很大程度上取决于与激光波长。     

激光辐照皮肤组织的热效应解析计算研究

为了研究工作波段在近红外的激光安全问题,建立了连续激光辐照生物组织的热学模型,通过分离变量法求解热传导方程,得出了生物组织在激光辐照阶段和扩散阶段皮肤组织瞬态温度分布的精确解析解,并以氧碘激光辐照皮肤组织为例,计算了皮肤组织在激光辐照下的温度场分布。结果表明,皮肤组织温升随激光辐照时间和功率密度的增加而增加,辐照结束后,皮肤表面温度缓慢下降,深处温度先缓慢上升,再缓慢下降。分析结论与相关实验结果取得一致,证实了所建模型的合理性。该结论对于其它连续激光对物质的热损伤研究是有帮助的。     

表面照射下激光与生物组织的光热作用分析

建立了表面照射下激光与生物组织光热作用的二维变物性数学模型,采用Monte Carlo模拟方法数值求解了表面照射下组织内激光能量的分布,进而采用有限差分方法数值求解Pennes生物传热方程得到了组织内的温度分布。计算结果表明：假设组织热物性为常数,将高估组织的温升;假设激光能量在组织内按指数规律衰减,计算得到的光束范围内的组织温升高于采用Monte Carlo方法的模拟结果;在功率相同的情况下,光束半径越大,光束范围内组织的温升越小,径向温升区域越大。     

不同脉冲激光功率下生物组织温度场数值仿真研究

激光以其优异的性能广泛应用于医学和军事领域。为有效防护激光过度损伤,需研究激光与生物组织的热作用机理。本文分析了激光与生物组织作用的热传递数学模型,讨论了组织的边界条件,建立了皮肤生物组织的三层有限元网格模型,给出了采用ANSYS软件进行组织温度场求解的流程,数值仿真研究了不同功率脉冲激光在皮肤组织内部产生的温度场特性,得出了组织内部不同径向长度、轴向深度在不同时刻下的温度场变化趋势。结果表明,激光功率几何倍增时,组织内部的最大温升呈几何倍增趋势;条件一定时,组织温升区域不随激光功率变化而变化。随着激光功率增加,生物组织表层温度变化的剧烈程度增大,而内部温度变化的剧烈程度较小,且随着轴向深度增加,组织内部温度逐渐呈线性趋势。     

不同形状连续激光辐照皮肤组织温度场数值模拟

本文基于生物组织热传导方程,分析了连续平顶型激光和连续高斯型激光辐照皮肤组织的热传递规律,建立了更为接近细胞尺寸的三层皮肤组织模型,采用有限元方法对两种不同形状激光作用于皮肤组织时产生的温升情况进行了数值模拟,仿真研究了不同作用时间、不同表面距离和不同深度的皮肤组织温度场分布。结果表明,相同条件下,由连续平顶型激光在组织内部产生的最高温度明显小于高斯型的,主要原因是平顶型激光能量分散,而高斯型能量相对集中。连续高斯型激光辐照组织后产生的温升区域面积和穿透深度均较大,撤去激光后达到初始温度的冷却时间也相应较长。     

蒙特卡罗方法确定生物组织体内温度分布

根据生物组织热传递理论,建立了由生物组织体表温度分布推算体内温度分布的概率模型,采用基于蒙特卡罗思想的算法快速求解生物热传导方程,确定激光辐射下生物组织体内温度场分布的情况,分析了激光功率密度、组织体内血液灌注率以及空气对流系数等因素对体内温度场的影响,研究结果具有重要的临床应用价值.     

激光照射有血流散热组织的一维瞬态温度分布函数研究

研究激光热源在有血流散热的生物组织中形成的一维瞬态温度分布函数 ,适合于组织温度在热凝之前的传热过程。本文采用数学物理方程的定解求法解一维热传导偏微分方程 ,讨论结果的物理意义。结果表明 :当 μ >αh 时 ,激光热源在一维生物组织空间引起的温升一般随时间呈指数形式增大 ;而随与激光照射处的距离呈指数形式减少 ;当 μ <αh 时 ,组织空间任意点处的温升虽然随时间增大 ,但最终将趋于恒定值。