低溫生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)原理

前言第1章 緒論 1.1導(dǎo)言 1.2低溫醫(yī)學(xué)技術(shù)的起源與現(xiàn)狀 1.3低溫醫(yī)學(xué)工程學(xué)發(fā)展態(tài)勢 1.4小結(jié)與展望 參考文獻(xiàn)第2章 冷凍及融化引起的組織生物學(xué)效應(yīng) 2.1導(dǎo)言 2.2低溫對組織的殺傷特點(diǎn) 2.3組織冷卻效應(yīng)引發(fā)的物理化學(xué)行為 2.4冷凍及融化過程中的組織殺傷效應(yīng) 2.5融化及加熱效應(yīng) 2.6抑制疼痛的神經(jīng)冷凍損毀療法 2.6.1冷凍抑制疼痛的機(jī)制 2.6.2冷凍抑制疼痛中的熱物理問題剖析 2.7低溫麻醉過程的神經(jīng)元電響應(yīng)機(jī)制 2.7.1Hodgkin一Huxley模型 2.7.2皮膚組織內(nèi)的溫度場刻畫 2.7.3不同熱場情況下的神經(jīng)響應(yīng)特點(diǎn) 2.8用于抑制疼痛及研究神經(jīng)信號傳導(dǎo)的局部凍融方法 參考文獻(xiàn)第3章 實(shí)現(xiàn)低溫醫(yī)療儀器的典型技術(shù)途徑 3.1引言 3.2基于相變制冷的低溫冷凍醫(yī)療器械 3.3基于氣體節(jié)流制冷效應(yīng)的低溫醫(yī)療儀器 3.4基于熱電制冷效應(yīng)的低溫醫(yī)療儀器 3.5直接制冷的冷凍醫(yī)療設(shè)備 3.6冷空氣低溫療法及其裝置 3.7低溫桑拿的概念及其物理裝備 3.8治療心臟病的低溫手術(shù)設(shè)備 3.9低溫麻醉技術(shù)及裝置 3.10具有冷熱雙重作用的復(fù)合式手術(shù)設(shè)備 3.1l浸冷式冷熱復(fù)合型醫(yī)療設(shè)備 3.12用于腔道腫瘤冷凍治療的柔性探針 參考文獻(xiàn)第4章 冷熱復(fù)合式腫瘤微創(chuàng)治療模式及其評價 4.1導(dǎo)言 4.2氬氦刀醫(yī)療設(shè)備的冷凍和復(fù)溫性能 4.2.1氬氦刀離體及在體動物實(shí)驗(yàn)研究 4.2.2活體動物組織中的凍結(jié)與復(fù)溫情況 4.2.3氬氦刀工作過程中工質(zhì)氣體的消耗特性 4.2.4不同直徑氬氦刀工作性能的比較 4.2.5采用不同功率比的氬氦刀工作性能對比 4.3新型冷熱刀微創(chuàng)醫(yī)療技術(shù)的提出及設(shè)備發(fā)展情況 4.4典型冷熱刀醫(yī)療設(shè)備工作原理 4.5冷熱刀殺滅腫瘤的作用機(jī)理剖析 4.6冷熱刀凍結(jié)及加熱性能的離體及在體動物實(shí)驗(yàn)評價 4.7冷熱刀作用下的組織熱沖擊現(xiàn)象 參考文獻(xiàn)第5章 低溫外科手術(shù)過程的監(jiān)測方法 5.1導(dǎo)言 5.2監(jiān)控低溫外科手術(shù)過程的典型途徑 5.2.1數(shù)學(xué)模型預(yù)測法 5.2.2局部體溫監(jiān)測法 5.2.3影像監(jiān)測技術(shù) 5.3監(jiān)測低溫外科手術(shù)的超聲成像方法 5.4超聲監(jiān)測中的脈沖回波法分析 5.5監(jiān)測組織凍結(jié)過程的超聲多普勒效應(yīng)法 5.6監(jiān)測低溫外科手術(shù)的磁共振成像法 5.7監(jiān)測低溫手術(shù)過程的電阻抗測量法 5.8實(shí)際冷刀作用下組織低頻電阻抗響應(yīng)特性 5.9監(jiān)測冰球增長的X-CT方法 5.10監(jiān)測低溫手術(shù)中冰球生長過程的可見光譜成像法 5.11低溫外科手術(shù)中的紅外攝溫監(jiān)測技術(shù) 參考文獻(xiàn)第6章 典型的低溫生物傳熱傳質(zhì)學(xué)模型 6.1導(dǎo)言 6.2生物組織中的傳熱與普通傳熱問題的差異 6.3細(xì)胞或組織的微觀凍結(jié)模型 6.3.1單細(xì)胞水分傳輸問題 6.3.2組織尺度的水傳輸模型——Krogh模型法 6.3.3網(wǎng)絡(luò)熱力學(xué)模型 6.4無相變發(fā)生時的瞬態(tài)生物傳熱問題 6.5有相變發(fā)生時的瞬態(tài)傳熱問題 6.6描述有限區(qū)域組織相變問題的移動熱源模型 6.6.1具有對流邊界的相變傳熱問題的解析解 6.6.2皮表受預(yù)冷平板凍結(jié)時相變問題的解析解 6.6.3積分方程的簡化求解方法 6.6.4融化過程的求解 6.7非理想溶液組織的凍結(jié)相變傳熱模型 6.8相變過程中的固一液相界面及特殊邊界條件 6.8.1凍結(jié)過程中皮膚表面的邊界條件 6.8.2組織中含有大血管時的凍結(jié)邊界條件 6.9帶有血液灌注項(xiàng)的穩(wěn)態(tài)生物傳熱相變問題 6.10帶有血液灌注項(xiàng)的瞬態(tài)生物傳熱相變問題- 6.11基于血管解剖結(jié)構(gòu)的生物傳熱相變問題 參考文獻(xiàn)第7章 低溫手術(shù)相變傳熱問題的數(shù)值模擬方法及其應(yīng)用 7.1導(dǎo)言 7.2低溫生物相變傳熱方程的求解特點(diǎn) 7.3求解冷凍手術(shù)中凍結(jié)與復(fù)溫問題的有限差分法 7.4模擬多維相變生物傳熱問題的雙倒易邊界元方法 7.4.1模型及算法 7.4.2雙倒易邊界元算法 7.4.3算例分析 7.4.4正常組織的凍結(jié)問題 7.4.5腫瘤組織的凍結(jié)問題 7.4.6由多把冷刀引起的相變問題 7.5腫瘤冷熱合并治療中的組織三維溫度場數(shù)值模擬 7.5.1模型和算法 7.5.2算例分析 7.5.3數(shù)值算法的校驗(yàn) 7.5.4單把冷熱刀冷凍復(fù)溫特性 7.5.5三把冷熱刀插入深度相同情形 7.5.6三把冷熱刀插入深度不同情形 7.5.7冷熱探針先熱療后冷療情形 7.5.8問題討論 參考文獻(xiàn)第8章 低溫外科手術(shù)過程中的復(fù)溫問題 8.1導(dǎo)言 8.2一維三區(qū)域復(fù)溫問題的理論模型 8.2.1復(fù)溫前的組織初始溫度分布 8.2.2以固定體表溫度的方式加熱組織時的復(fù)溫情況 8.2.3體表采用熱水加熱時的復(fù)溫情況 8.2.4微波空間加熱時的復(fù)溫情況 8.2.5不同相變溫度對組織瞬態(tài)溫度的影響 8.2.6血液再灌流特性對組織瞬態(tài)溫度的影響 8.3解凍生物組織的激光加熱問題 8.3.1激光在組織內(nèi)傳輸?shù)腗onte Carlo模擬 8.3.2傳熱學(xué)模擬 參考文獻(xiàn)第9章 低溫外科手術(shù)中的血管傳熱效應(yīng) 9.1導(dǎo)言 9.2腫瘤與血管的關(guān)系 9.3低溫外科手術(shù)中的血管傳熱研究現(xiàn)狀 9.4單根血管下的低溫生物傳熱模型 9.5單根血管組織的低溫傳熱效應(yīng)預(yù)測 9.6腫瘤冷凍治療中的三維大血管相變傳熱模型 9.7腫瘤低溫治療中大血管對三維組織相變傳熱的影響預(yù)測 9.8血管相變傳熱效應(yīng)的概念性模擬實(shí)驗(yàn) 9.9實(shí)際冷刀作用方位對血管凍結(jié)的影響實(shí)驗(yàn)研究 9.9.1單根血管模擬試驗(yàn) 9.9.2平行逆流血管模擬實(shí)驗(yàn) 9.10基于紅外熱圖刻畫低溫手術(shù)中的血管傳熱效應(yīng) 9.11模擬無血管情況下低溫外科過程的紅外實(shí)驗(yàn) 9.12冷凍外科情形下血管傳熱效應(yīng)的紅外模擬實(shí)驗(yàn) 9.13冷凍外科情形下在體動物血管傳熱效應(yīng)的紅外實(shí)驗(yàn) 參考文獻(xiàn)第10章 低溫外科手術(shù)中的熱應(yīng)力問題 10.1導(dǎo)言 10.2生物組織凍結(jié)及復(fù)溫過程中的熱應(yīng)力 10.3生物組織在強(qiáng)烈冷熱作用下的應(yīng)力沖擊現(xiàn)象 10.4熱應(yīng)力波的理論分析 10.5非Forrier效應(yīng)對生物材料冷凍過程中熱應(yīng)力的影響 參考文獻(xiàn)第11章 冷凍外科手術(shù)過程的控制策略 11.1導(dǎo)言 11.2增強(qiáng)低溫手術(shù)殺傷效果的復(fù)合式治療方法 11.3可控制冰球生長大小的低溫冷凍探針 11.4增強(qiáng)低溫手術(shù)殺傷范圍的功能溶液注入法 11.5注射功能液以實(shí)現(xiàn)選擇性冷凍組織的數(shù)值模擬 11.5.1未注射功能性溶液情形 11.5.2注射高熱導(dǎo)率功能性溶液情形 11.5.3注射低潛熱功能性溶液情形 11.5.4溫度依賴性熱物性的影響 11.6低溫外科手術(shù)中正常組織的熱保護(hù)問題 參考文獻(xiàn)第12章 生物材料經(jīng)受冷凍及復(fù)溫?fù)p傷的定量評價 12.1導(dǎo)言 12.2快速檢測生物活性的降溫動力學(xué)曲線方法 12.3改進(jìn)的測定生物組織活性的循環(huán)溫差法 12.4檢測生物樣品活性的電阻抗方法 12.5刻畫生物樣品冷熱損傷程度的熵產(chǎn)理論 12.6典型冷凍及復(fù)溫過程的熵產(chǎn)率分析 12.7刻畫由冷熱損傷引起的組織熵產(chǎn)變化及損傷度的關(guān)系式 參考文獻(xiàn)索引