低溫手術(shù)過程中的數(shù)值仿真及其損傷機(jī)理的研究.pdf

1、腫瘤作為人類健康的頭號(hào)殺手，目前腫瘤的治療依然沒有被攻克。近年來，據(jù)世界衛(wèi)生組織報(bào)告，全球范圍內(nèi)每年都有近千萬人死于各種癌癥。低溫手術(shù)技術(shù)以其微創(chuàng)性，靶向性，成本低，恢復(fù)快等優(yōu)勢(shì)，越來越多的被應(yīng)用于各種癌癥的臨床治療。然而，目前低溫手術(shù)并沒有成為腫瘤治療的常規(guī)療法，更多時(shí)候是作為腫瘤治療的一種替代療法。究其原因主要有以下幾個(gè)方面:
　　 當(dāng)腫瘤較大或者腫瘤附近有大血管網(wǎng)存在時(shí)，低溫手術(shù)的冷凍效率往往比較低，不能徹底的殺死全部的病

2、變組織，從而造成術(shù)后復(fù)發(fā)率較高的問題;
　　 低溫手術(shù)臨床實(shí)施時(shí)缺乏對(duì)冷刀殺傷范圍的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)低溫手術(shù)方案的殺傷能力也缺乏精準(zhǔn)的預(yù)測(cè);
　　 對(duì)于低溫下癌細(xì)胞的響應(yīng)以及癌細(xì)胞低溫下?lián)p傷機(jī)理的研究和認(rèn)識(shí)還不夠深刻。
　　 鑒于目前低溫手術(shù)存在的上述問題，本文應(yīng)用有限元方法求解了低溫手術(shù)過程中熱顯著性血管和熱顯著性血管網(wǎng)絡(luò)與生物組織之間的共軛傳熱問題;結(jié)合胞內(nèi)冰成核理論，提出利用胞內(nèi)冰成核率(PIF)作為低溫手術(shù)殺

3、傷效率的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則;實(shí)驗(yàn)研究了Hela細(xì)胞低溫下胞內(nèi)冰成核的現(xiàn)象，完成了研究細(xì)胞低溫響應(yīng)所需的低溫下NaCL-DMSO-H2O三元溶液粘度的測(cè)試工作。
　　 具體來說，本研究主要包含以下幾個(gè)方面:
　　 本文成功把單調(diào)迎風(fēng)格式的有限元方法應(yīng)用于低溫手術(shù)過程中大血管與生物組織間共軛傳熱問題的數(shù)值求解;基于分形理論構(gòu)造了一個(gè)熱顯著性血管樹形網(wǎng)絡(luò)，完成了該血管網(wǎng)絡(luò)與組織共軛傳熱問題的數(shù)值求解，并討論了熱顯著性血管網(wǎng)絡(luò)對(duì)于傳統(tǒng)低溫

4、手術(shù)和納米低溫手術(shù)冷凍效率的影響。結(jié)果顯示:血管網(wǎng)絡(luò)對(duì)于傳統(tǒng)低溫手術(shù)方案和納米低溫手術(shù)方案都有明顯的加熱效應(yīng)，這種血管網(wǎng)絡(luò)的加熱效應(yīng)在納米低溫手術(shù)中表現(xiàn)的更為明顯。
　　 本文基于胞內(nèi)冰成核理論，計(jì)算了低溫手術(shù)過程中腫瘤內(nèi)部胞內(nèi)冰成核率(PIF)的發(fā)展情況。提出利用PIF作為評(píng)價(jià)低溫手術(shù)效率的準(zhǔn)則。本文利用PIF分析了熱顯著性血管網(wǎng)絡(luò)影響下的傳統(tǒng)低溫手術(shù)和納米低溫手術(shù)的殺傷效率，結(jié)果表明:在大血管網(wǎng)絡(luò)存在時(shí)，納米低溫手術(shù)能夠更有

5、效的殺死腫瘤組織，同時(shí)也說明，利用PIF來衡量低溫手術(shù)的效率是可行的，方便的。
　　 本文利用低溫顯微鏡系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究了癌細(xì)胞在不同降溫速率胞內(nèi)冰的成核現(xiàn)象;使用胞內(nèi)冰成核方程對(duì)胞內(nèi)冰成核實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值擬合，得到了計(jì)算癌細(xì)胞胞內(nèi)冰成核所必須的熱力學(xué)成核參數(shù)，動(dòng)力學(xué)成核參數(shù)等生理參數(shù);利用低溫水浴系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)量了NaCL-DMSO-H2O三元溶液從室溫到-40℃下的粘度數(shù)據(jù)，為深入研究細(xì)胞失水和細(xì)胞胞內(nèi)冰成核提供了數(shù)據(jù)支持。