摘要：目的设计一种激光消融数值仿真模型,确定针对脑肿瘤的激光消融治疗方案,以及确定消融时间、激光功率和金纳米颗粒水溶液对激光消融的效果影响。方法建立简化的脑肿瘤几何模型,通过蒙特卡罗计算方法模拟脑组织中的光子分布,确定激光能量沉积;再用Pennes生物传热模型计算嵌入在圆柱体人脑组织中球体肿瘤的温度升高过程;将Arrhenius积分与传热模型相结合,计算组织的热损伤,确定激光消融方案。在热损伤范围超出肿瘤体积的模型中引入金纳米颗粒,探究金纳米颗粒对减小周围健康组织损伤的可行性。结果增大激光功率或消融时间升高了消融过程中的最高温度且增大了热损伤范围。对于本研究假定的直径为10 mm的球体脑肿瘤,当消融时间为300 s、激光功率为3 W以及消融时间为180 s、激光功率为5 W时球体肿瘤被完全消融。在肿瘤中注射金纳米颗粒,假设金纳米颗粒在肿瘤中均匀分布,选取消融时间为180 s、激光功率5 W的消融组合且不添加金纳米颗粒时,热损伤的体积为1.98 cm^(3),对周围健康组织的损伤率为2.96%;同样的组合添加金纳米颗粒后的热损伤体积为0.95 cm^(3),对周围健康组织的损伤率为0.88%。结论本研究建立的数值仿真模型对确定激光消融参数具有一定参考价值。激光功率和消融时间的增加可以增大热损伤体积,提高消融的最高温度,同时,添加金纳米颗粒可以减少对健康组织的热损伤。

摘要：本文采用随机微粒群优化算法(Stochastic particle swarm optimization,SPSO)对皮肤表面肿瘤热疗方案进行优化设计。首先介绍了激光辐照下生物组织内部光热传输模型,并采用有限体积法求解了Pennes传热方程。然后介绍了标准PSO算法和SPSO算法基本原理。最后利用肿瘤边界温度作为控制参数建立目标泛函,采用SPSO算法使其最小化,优化选取了激光加热参数,降低激光诱导肿瘤热疗过程中对正常组织的热损伤。计算结果表明,SPSO算法可以有效地优化激光诱导肿瘤热疗方案,改善肿瘤热疗效果。综合考虑计算效率和优化精度,推荐种群数取50。

摘要：肿瘤区域内的热籽适形分布算法是肿瘤磁感应治疗计划系统中的一个关键技术,其核心问题是使用最小数量的热籽达到预期的温度场分布。为解决热籽适形分布问题,该文提出了结合热籽产热传热学的模拟退火算法。分析了应用模拟退火算法解决热籽分布问题的计算方法,包括热籽分布模型的设计、产热传热模型的建立以及退火计划的设计。考虑到热籽分布问题的特殊性,重新定义了初始温度与停止条件、评价函数与接受概率、退火策略以及具体计算步骤。通过计算机仿真对肿瘤区域建模与网格化、热籽植入模型、温度场分布以及算法迭代进行了模拟,验证了应用模拟退火算法解决热籽分布问题的可行性。

摘要：针对极低温条件下的人体足部防寒保暖问题,建立了基于经典Pennes生物传热方程的足部传热学模型,得到其一维解析解,并采用Fluent软件对足部的传热学过程进行三维数值模拟,得到常温(291 K)及极低温(233 K)情况、足底有无加热源条件下的4组计算结果。同时设计加热实验对数值模拟结果进行验证,引入红外成像技术及热电偶测温方法对实验过程及结果加以观测和记录,并对实验中所采用的锂电池供电性能进行测试。研究结果可为今后研制相关高性能可加热产品提供参考。

摘要：针对生物活体组织的多个热特性参数同时测量的难点问题,提出了采用遗传算法同时估计多个活体组织热特性参数的方法,设计了实数编码的遗传算法.通过对选择、交叉和突变算子进行改进,并引入小生境策略,提高了遗传算法的全局寻优能力和搜索效率.对动态体模和人体前臂的热特性参数测量的模拟仿真研究和实验研究表明,采用改进的遗传算法,能够以较高的精度同时估计生物活体组织的多个热特性参数.

摘要：为了在不同对流换热方式的室内环境中对皮肤温度、核心温度等人体生理参数进行有效的预测,基于Fiala模型,综合考虑不同对流方式对人与环境换热量的影响,尤其是通过修正不同对流方式的对流换热系数、平均辐射温度以及服装热阻等,建立了室内对流环境中的人体热反应模型。通过将模拟值与文献实验值进行对比来验证所建模型的有效性,结果表明两者高度吻合。在自然对流、混合对流环境下,平均皮肤温度预测误差以及受迫对流环境下人体大部分部位局部温度预测误差均小于1℃。所建模型可用于各种对流空调环境下的人体生理参数预测,为新型对流空调系统设计、评估以及规范修正等提供参考。

摘要：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。

摘要：报道了在一类介于生理学与热物理学之间的生命热现象——活体组织温度振荡机理研究方面所取得的成果，阐述了新的温度振荡理论的建构思想，介绍了用以证实该理论而设计的仿真实验、活体动物实验的技术路线，报道了实验中所发现的一些新现象及其研究结论，解释了以往动物实验中观察到的生命热现象的物理实质。其结论可促使人们重新全面认识生物传热本身并继而修改以往的一些温度预示模型和模式，直至推向新的临床应用。

摘要：目的研究非接触性艾灸的温度场分布,为调控灸疗过程和提高灸疗效果提供依据。方法根据生物传热的相关理论,建立描述人体组织内部在非接触性艾灸时的温度场理论模型,并据此推导当艾灸强度确定时,影响该温度场分布的体内异常热源深度与施灸处皮肤温度的对应关系。结果在不同艾灸强度下,根据对应关系计算出的结果与有限元的分析结果进行比较,结果显示对体内异常热源深度的估测结果与有限元仿真分析结果十分接近。而组织内部温度场理论模型的正确性也得到了物理实验的验证。结论本文提出的根据人体皮肤表面温度和艾灸强度估计体内异常热源的深度信息,继而估计出组织内温度场的方法具有一定的适用性,将有助于临床灸疗的方案设计。

摘要：本文给出了一种通过对人体体表进行加热或降温后采用平面阵列式温度传感器对体表动态响应温度实施成像的方法，基于该方法设计了一种精度高、响应速度快、结构简单、成本低廉且操作十分简便的人体病变热诊断系统。初步的实验研究结果表明该系统具有潜在的临床应用前景。