532nm连续激光与颅脑热作用过程与机制研究

摘要

该文从动物实验、传热模型和数值模拟等方面就波长为532nm连续激光对颅脑组织热作用导致组织凝结坏死过程及机理进行了研究.首先采用输出功率150mW、光斑直径2mm和波长为532nm的连续激光经颅骨辐照SD大鼠脑组织20min,造成了明显的脑组织热凝结坏死,从组织形态学、超微结构等方面对凝结坏死脑组织进行了实验研究:坏死区域在显微镜下见不到脑神经细胞,在坏死组织与正常组织过渡区(半影区)内仍有神经细胞,但有不同程度的损伤.运用图象分析法测定了坏死组织面积的百分比.进而采用Monte Carlo方法模拟了波长为532nm激光在颅脑组织中的传输特性,着重分析了光通量及容积热源的分布特性,并分析了脑组织光学参数对光通量及热源分布的影响.光学参数的变化主要影响靠近组织表面约2mm厚的薄层,而对较深部位组织的通量分布影响很小.最后以两层组织模型为基础,建立了颅脑组织热传导方程,用有限差分法求解组织内温度场分布.采用自由边界模型,讨论了脑组织凝结坏死形成过程.模拟结果显示在早期凝结速度较快,随后由于热扩散和组织灌注率变化引起的热散失之间的竞争效应,组织坏死速度变慢.坏死区域位于脑组织表面层,且随着时间的增加,坏死区域增加不大,趋于准稳态.凝结坏死区域面积百分比与实验测量值基本相符.该文的研究结果对探索波长为532nm的连续激光在不揭开颅骨的情况下应用于颅内病变组织的治疗及制造脑梗死模型时激光参数优化具有参考价值.

目录

文摘

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1绪论

1.1研究背景及选题的意义

1.2本文的主要研究内容

2激光与生物组织相互作用的理论概述

2.1激光生物效应

2.2激光在脑神经外科的应用

3波长为532nm的连续激光与颅脑热作用过程的实验研究

3.1材料和方法

3.2结果

3.3结论和讨论

4激光在生物组织中的传输特性研究

4.1光与物质相互作用基础

4.2生物组织的主要光学特性参量

4.3生物组织的光传输理论

4.4组织中光传输特性的Monte Car1o模拟

4.5结论

5激光对生物组织的热效应

5.1热的产生和损失

5.2热的传输

5.3热传导方程

5.4定解条件

5.5求解导热问题的一般方法

5.6抛物型方程的有限差分法

6激光与颅脑组织热作用的数值模拟及结果分析

6.1激光辐照大鼠颅脑组织的物理模型

6.2数值解法

6.3双层组织模型的数值模拟结果

6.4结论和讨论

7结论

致 谢

参考文献