高頻納秒脈沖串作用下生物組織熱效應(yīng)的仿真及實驗研究.pdf

1、為了綜合傳統(tǒng)微秒脈沖電場(μsPEF)和納秒脈沖電場(nsPEF)治療腫瘤的優(yōu)缺點，我們提出一種高頻納秒脈沖串的脈沖形式來治療腫瘤，該形式的脈沖旨在通過μsPEF和nsPEF的協(xié)同作用，同時發(fā)揮μsPEF的直接快速殺傷作用和nsPEF的間接緩慢調(diào)控作用，有望獲得更佳的腫瘤治療效果。但是，高場強的脈沖電場會產(chǎn)生更多的焦耳熱，熱效應(yīng)在脈沖電場治療應(yīng)用也應(yīng)當避免。因此本文對高頻納秒脈沖串作用下生物組織的熱效應(yīng)進行了研究，利用多參數(shù)的分析方法來

2、研究熱效應(yīng)與脈沖參數(shù)之間的關(guān)系，從而預(yù)測溫升以及熱損傷。
　　本文對離體豬肝以及豬耳皮膚組織在不同脈沖參數(shù)下的電導(dǎo)率進行實測，分析脈沖參數(shù)對組織電導(dǎo)率的影響；建立肝臟以及肝腫瘤組織、皮膚以及黑色素腫瘤組織的有限元模型，仿真分析不同脈沖參數(shù)下正常組織以及腫瘤的溫度以及熱損傷；分析不同脈沖參數(shù)下熱效應(yīng)與脈沖參數(shù)的關(guān)系，得出使組織不發(fā)生熱損傷的脈沖參數(shù)的范圍；對離體豬肝、豬耳皮膚組織以及裸鼠在體黑色素腫瘤組織進行溫度測量，與仿真的結(jié)果進

3、行比較，驗證仿真結(jié)果。本文取得的主要成果有：
　?、偻ㄟ^施加不同的電壓、脈寬和重復(fù)頻率的高頻納秒脈沖串，對離體豬肝以及豬耳皮膚組織的電導(dǎo)率變化進行實測，結(jié)果表明肝臟組織在3kV/cm場強下，電導(dǎo)率無明顯變化，而在5kV/cm的場強作用下，電導(dǎo)率有一些增長，而在10kV/cm的場強下，電導(dǎo)率有明顯的增加。皮膚電導(dǎo)率由于阻抗太大，脈沖作用后無變化。
　　②通過 COMSOL軟件建立肝臟以及肝腫瘤組織以及皮膚和黑色素腫瘤組織的有限

4、元模型，仿真分析不同脈沖參數(shù)下溫度和熱損傷在時間和空間上的分布。在本文作用的脈沖范圍內(nèi)，一串脈沖引起的肝腫瘤的最高溫度為49.26℃，1s后腫瘤的最高溫度僅為40.4℃，最高熱損傷程度僅為0.0016。對于皮膚黑色素腫瘤，脈沖參數(shù)為場強5kV/cm，脈寬500ns，重復(fù)頻率1MHz時，角質(zhì)層最高溫度達到了70℃。1s后腫瘤的最高溫度僅為37.4℃。
　?、弁ㄟ^MATLAB對大量仿真結(jié)果進行處理，分析了溫度以及熱損傷與脈沖參數(shù)的關(guān)系