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生物组织内红外热传递（英文）

红外与毫米波学报 2017年第6期36卷 665-672页

作者：李晨静许雪梅常小荣中南大学物理与电子学院湖南长沙410083 湖南中医药大学针灸推拿学院湖南长沙410208

结合热力学基本定律和热辐射理论,改进了pennes生物热传导方程,描述艾灸生物组织内的热量传递过程。采用Green函数法推导了其解析解,建立了定量解释艾灸不同生物组织如健康组织、肿瘤组织的温度变化行为的方法。提出温度衰减系数的概念... 详细信息

结合热力学基本定律和热辐射理论,改进了pennes生物热传导方程,描述艾灸生物组织内的热量传递过程。采用Green函数法推导了其解析解,建立了定量解释艾灸不同生物组织如健康组织、肿瘤组织的温度变化行为的方法。提出温度衰减系数的概念来衡量组织内不同深度处的能量吸收情况。艾灸时皮肤表面温度的变化趋势与仿真结果的一致性验证了方法的有效性。振荡的能量流对于组织是温和的刺激,这是生物组织实现良好功能的物理兴奋剂。结果表明,高频能量主要被皮肤表层吸收,而低频能量可以深入到生物组织内部。重要的是,疾病可以通过艾灸热的深透作用来治疗。

关键词：艾灸热流密度 pennes方程温度衰减系数

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考虑热波效应的皮肤传热过程解析解

工程热物理学报 2011年第6期32卷 1009-1011页

作者：朱伟平冉鹏沈阳工程学院能源与动力工程系辽宁沈阳110136 华北电力大学控制科学与计算机学院河北保定071003

为了研究热松弛时间及血液灌输对皮肤温度场变化影响,运用拉普拉斯方法给出了稳定的第一类条件下考虑一阶热波效应的pennes方程的解析解。得到了指数形式的温度阶跃量,通常热松弛时间越长阶跃变化量越大,而血液灌输率越大阶跃变化量越... 详细信息

为了研究热松弛时间及血液灌输对皮肤温度场变化影响,运用拉普拉斯方法给出了稳定的第一类条件下考虑一阶热波效应的pennes方程的解析解。得到了指数形式的温度阶跃量,通常热松弛时间越长阶跃变化量越大,而血液灌输率越大阶跃变化量越小。若忽略血液灌输率,该解退化为普通热波方程的解析解。将皮肤内各点温度变化分为五个阶段,研究表明各不同点在达到新稳态后温度不同。

关键词：热松弛时间血液灌输率 pennes方程皮肤温度场

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活塞聚焦换能器引起温度提升的研究

中国生物医学工程学报 2011年第6期30卷 914-919页

作者：刘晓宙龚秀芬卢莹近代声学教育部重点实验室南京大学声学研究所南京210093

由于高强度聚焦超声的出现,活塞聚焦换能器引起的温度场日益受到重视。本研究基于生物热传导方程(pennes方程)及高斯声束叠加法理论,给出了由活塞聚焦超声引起的温度提升理论模型,并计算温度场的横向分布。实验采用猪的肝脏组织和脂肪组... 详细信息

由于高强度聚焦超声的出现,活塞聚焦换能器引起的温度场日益受到重视。本研究基于生物热传导方程(pennes方程)及高斯声束叠加法理论,给出了由活塞聚焦超声引起的温度提升理论模型,并计算温度场的横向分布。实验采用猪的肝脏组织和脂肪组织,采用活塞聚焦换能器加热的方法,用热电偶测量可组织内的温度提升,并将计算结果与实验结果进行了对比分析。结果表明:在弱聚焦且声源强度小于3.0 wW/cm2的情况下,此模型可准确预测生物组织的温度分布,生物组织温度的提升主要决定于线性声场,并且与换能器参数有关,温度的提升随着换能器的声功率、频率、半径的增加而增加,随焦距的增加而减小,随媒质的灌注长度的增加而增加。

关键词：高斯声束叠加法 pennes方程温度提升活塞聚焦换能器

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肝肿瘤温控射频消融温度分布的有限元建模

北京工业大学学报 2020年第1期46卷 75-81页

作者：高宏建王笑茹吴水才周黄白燕萍郭培鑫北京工业大学生命科学与生物工程学院

为了提高肝肿瘤射频温控消融温度分布的预测精度,建立了具有比例积分(proportional integral,PI)反馈控制器的射频消融温度分布仿真模型,并且研究了有限元模型中不同传热方程(pennes和Hyperbolic生物传热方程)对温度分布的影响.首先,利... 详细信息

为了提高肝肿瘤射频温控消融温度分布的预测精度,建立了具有比例积分(proportional integral,PI)反馈控制器的射频消融温度分布仿真模型,并且研究了有限元模型中不同传热方程(pennes和Hyperbolic生物传热方程)对温度分布的影响.首先,利用单电极热消融仪对离体猪肝进行温控射频消融实验,电极针尖稳态温度设定为90℃,消融时间为600 s,并利用测温针获得各测温点的热消融数据.然后,建立具有PI控制器的肝肿瘤温控射频消融有限元模型,其中PI控制器通过反馈调节电压源来使针尖温度与实测数据保持一致,传热方程分别采用基于非傅里叶传热规律的Hyperbolic方程和基于傅里叶传热规律的pennes方程,生物组织电导率和导热率选用温度依赖性函数.最后,通过仿真温度和实测温度进行对比验证.结果表明,相比于Hyperbolic方程,采用pennes方程的仿真模型具有较高的精度,各测温点的仿真温度与实验结果之间的标准偏差、平均误差和最大误差的均值分别为0. 78、1. 46、2. 90℃.因此,基于PI控制器和pennes生物传热方程的肝肿瘤温控射频消融有限元模型能够有效地预测热消融温度.

关键词：肝肿瘤温控射频消融比例积分(PI)反馈控制器 pennes方程 Hyperbolic方程

大张角聚焦换能器中的张角变化对生物组织温度场的影响

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南京大学学报（自然科学版） 2017年第1期53卷 114-121页

作者：戚萌王鑫刘晓宙近代声学教育部重点实验室南京大学声学研究所南京210093

高强度聚焦超声(HIFU)是现代医学肿瘤治疗物理疗法的一项重要技术,其原理是通过聚焦方法将大面积超声聚焦换能器辐射出的声能量汇聚于面积极小的聚焦区,使聚焦区获得较强的声能量并利用超声波的热效应在短时间内使病灶部位获得较高的温... 详细信息

高强度聚焦超声(HIFU)是现代医学肿瘤治疗物理疗法的一项重要技术,其原理是通过聚焦方法将大面积超声聚焦换能器辐射出的声能量汇聚于面积极小的聚焦区,使聚焦区获得较强的声能量并利用超声波的热效应在短时间内使病灶部位获得较高的温升,从而使肿瘤组织热凝固坏死.大张角聚焦换能器指的是球面半张角大于16.6°的球壳式聚焦换能器.相对于传统的小张角换能器,大张角聚焦换能器拥有更强的声聚焦效应,聚焦区半径更小,穿透性更好,声能量聚焦效果明显强于小张角换能器,所以可以获得更好的温升.利用Spheroidal Beam Equation(SBE)方程求解大张角聚焦换能器条件下的声场获得空间热源的产热率,然后通过pennes方程解出大张角聚焦换能器条件下生物组织中的温度场分布.研究不同改变张角方式下大张角聚焦换能器作用下生物组织的温升分布情况,研究结果表明改变换能器的孔径以改变张角时,张角越大温升越大,而改变其焦距以改变张角时,温度变化则相反.实验也验证了换能器孔径变化对生物组织中的温升的影响.

关键词： Spheroidal Beam Equation(SBE)方程 pennes方程大张角聚焦换能器温度场

单兵数字化头盔微风扇散热的理论计算与实验研究

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科技导报 2009年第7期27卷 74-79页

作者：任萍刘静中国科学院理化技术研究所北京100190 清华大学医学院生物医学工程系北京100084

现代战争已经步入数字化时代。这些数字化系统在提高军事作战能力的同时,也带来了不便,例如单兵数字头盔系统的散热问题。研究了基于微风扇的头盔冷却散热方法,首先建立了人体头部的传热学模型,并利用Fluent数值模拟软件,对微风扇不同风... 详细信息

现代战争已经步入数字化时代。这些数字化系统在提高军事作战能力的同时,也带来了不便,例如单兵数字头盔系统的散热问题。研究了基于微风扇的头盔冷却散热方法,首先建立了人体头部的传热学模型,并利用Fluent数值模拟软件,对微风扇不同风量,以及不同风流道对头部的降温影响进行了三维数值模拟。通过比较计算结果,得到了较为合适的风量值和风流道布置,两者匹配可以实现最佳散热效果。另外,本文还设计了相应的散热实验对数值模拟结果进行验证。实验中,以采用微型风扇散热的单兵数字头盔、30岁健康男性的头部作为测试对象,引入红外成像技术及热电偶测温方法对实验过程和结果加以观测和记录,结果证实了微风扇冷却头盔的有效性。同时,实验结果与数值模拟结果基本一致,证实了数值模拟方法的可行性。最后,对单兵数字化头盔的散热技术前景进行了展望,归纳总结出有待解决的基础科学和应用技术问题。

关键词：数字头盔微风扇散热 pennes方程生物传热红外成像

一种新的血流建模方法及其在红外人脸识别中的应用

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山东大学学报（工学版） 2013年第5期43卷 1-5,12页

作者：谢志华江西科技师范学院光电子与通信重点实验室江西南昌330013

为了从时延红外人脸图像中提取出更加稳定的血流特征,提出1种新的基于生物热传模型的人脸血流图建模方法,并应用于人脸识别。基于生物热传模型中经典的pennes生物传热方程通过离散化建模,得到对应的血流图。然后,基于红外人脸图像低分... 详细信息

为了从时延红外人脸图像中提取出更加稳定的血流特征,提出1种新的基于生物热传模型的人脸血流图建模方法,并应用于人脸识别。基于生物热传模型中经典的pennes生物传热方程通过离散化建模,得到对应的血流图。然后,基于红外人脸图像低分辨率的特点,对得到的血流图采用经典主成分分析PCA(principal component analysis,PCA)+Fisher线性鉴别分析(Fisher linear discriminant analysis,FLD)的方法进行人脸识别。实验结果表明:本研究提出的血流计算方法充分考虑到血流之间的关联性,可以得到更加稳定的血流特征,用于人脸识别,在不同环境温度的情况下(对于时延数据)具有较强的鲁棒性。

关键词：生物热传学 pennes方程血流图人脸识别鲁棒性

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生物组织传热红外热成像的三维温度场重建

中国组织工程研究与临床康复 2010年第30期14卷 5614-5617页

作者：马国军江国泰孙兵同济大学生命科学与技术学院上海市200092 江苏科技大学电子信息学院江苏省镇江市212003

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... 详细信息

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。

关键词：生物传热 pennes方程温度场三维重建数字化医学

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亚低温治疗中颅脑径向温度的数值模拟

华北电力大学学报（自然科学版） 2010年第1期37卷 78-82页

作者：冯俊小顾静刘文杰北京科技大学机械工程学院北京100083 北京万特福公司北京100084

近年来亚低温逐步应用于临床脑保护治疗。采用pennes血液对流项处理方法,建立颅脑传热的一维球坐标模型,模拟正常状态下人脑温度分布和实施亚低温冷却治疗后的脑温变化。分析了模型中不同的物性参数对颅脑温度分布的影响,据此提出了有... 详细信息

近年来亚低温逐步应用于临床脑保护治疗。采用pennes血液对流项处理方法,建立颅脑传热的一维球坐标模型,模拟正常状态下人脑温度分布和实施亚低温冷却治疗后的脑温变化。分析了模型中不同的物性参数对颅脑温度分布的影响,据此提出了有效降低脑温的方法。

关键词：亚低温生物传热 pennes方程颅脑模型数值模拟