納米金靶向生物組織的光熱治療時域建模仿真.pdf

1、近年來，激光在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用滲透到了醫(yī)學(xué)的各個方面，成為許多疾病治療不可替代的手段，尤其在腫瘤的診斷和治療方面，激光光熱治療更是開辟了另一條道路。研究激光與生物組織相互作用產(chǎn)生的熱效應(yīng)是腫瘤光熱治療的基礎(chǔ)，獲知生物組織吸收光后轉(zhuǎn)化成的熱量是腫瘤光熱治療的關(guān)鍵，對推動腫瘤光熱治療早日進入臨床實踐階段有著不可磨滅的重要意義。
　　納米金顆粒隸屬于金屬納米材料，被公認為是一種良好的復(fù)合多功能納米顆粒的介質(zhì)。其獨特的等離子共振性質(zhì)，更

2、是在腫瘤光熱治療領(lǐng)域受到研究人員的廣泛青睞。通過控制金屬納米顆粒的尺寸、形貌和結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)其表面等離子體共振峰峰位至近紅外區(qū)（NIR，700~1300nm），此波長范圍內(nèi)生物組織中水和血紅素對光的透過性最好，納米金能在快速提高光熱轉(zhuǎn)化效率的同時極大限度地減少光熱治療過程中對正常細胞的損傷。同時納米金顆粒易控的表面化學(xué)親和力使其能與一些特定的蛋白質(zhì)耦聯(lián)，制備出功能化的納米探針與腫瘤細胞靶向結(jié)合，在一定激光能量的照射下，納米金顆粒快速產(chǎn)生的熱

3、量使局部溫度增高，從而引起蛋白變性繼而殺死腫瘤組織。以上這些特性都使得納米金有望成為癌癥臨床治療的新手段。
　　針對目前尚未出現(xiàn)具有指導(dǎo)意義的腫瘤光熱治療理論模型，本文從激光與生物組織的相互作用出發(fā)，研究了生物組織對光的吸收散射效應(yīng)及光對生物組織產(chǎn)生的熱效應(yīng)，通過傳輸理論輻射傳輸方程建立了光在生物組織中的時域傳輸模型，從生物組織內(nèi)的光子密度值分布、曝光時間及生物組織的選擇性吸收出發(fā)，依據(jù)Pennes生物傳熱方程建立了時域的熱擴散模

4、型。利用有限元算法對時域光傳輸和熱擴散模型進行求解，定量的計算出納米金靶向的生物組織內(nèi)的光子密度值及溫度分布。在一定程度上模擬出了激光照射生物組織一段時間后，生物組織體內(nèi)的光熱分布，尤其是納米金靶向的腫瘤細胞吸收的熱量。最后通過構(gòu)建非勻質(zhì)仿體對建立的光熱模型進行仿真驗證。仿真結(jié)果比較了納米金的光熱效應(yīng)，并對不同納米金濃度、不同曝光時間及不同激光功率值的大小對納米金靶向生物組織光熱治療的影響進行了分析。本文的研究成果對提高腫瘤治療的光熱轉(zhuǎn)