离体生物组织冻结过程温度场和应力场的数值模拟-生物医学-论文之家

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离体生物组织冻结过程温度场和应力场的数值模拟

Form: 论文之家作者：胡银平 Publish: 2007-10-25 Hits:-

【中文题名】

离体生物组织冻结过程温度场和应力场的数值模拟

【英文题名】

Numerical Simulation of the Temperature Fields and Thermal-stress Fields in Tissue Freezing Process

【学科专业】

热能工程

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2007-10-25

【中关键词】

生物传热,数值模拟,温度场,应力场,低温损伤,

【英关键词】

Bio-heat transfer,Numerical Simulation,Temperature field,Thermal stress field,Damage,

【分类导航】

医药、卫生>基础医学>医用一般科学>生物医学工程>生物医学工程的其他分支>低温生物医学

【论文摘要】

生物传热学主要是研究生物体内传热传质的规律以及生物组织的热效应,是生物学、医学与传热传质学的交叉。本文以探索低温外科手术治疗机理为背景,运用跨学科方法对其进行生物传热及组织受力变形方面的研究。近年来,低温外科手术的进展尤为引人瞩目,该方法的独特优点逐步被发掘出来,正拓展应用到诸多临床科目。遗憾的是,受低温制冷、温度测量、冰球实时监测以及靶向引导等技术的制约,低温治疗的理论和临床研究进展缓慢。本论文研究的目的是,选择合适的数学模型,利用有限元分析软件ANSYS进行数值模拟,得出不同冷冻工况下离体生物组织的瞬态温度变化规律和应力场及二维情况下考虑大血管血流在组织低温冻结相变问题中的传热效应后的温度分布,研究冷刀直径及血管构筑情况对组织温度场的影响,并通过实验定性分析了热应力对组织造成的机械损伤。本文基于经典Pennes生物传热模型,选取参考文献中所提供的组织热物性参数,利用ANSYS商业软件模拟离体生物组织冻结过程,得出了不同直径冷刀作用下组织截面的瞬态温度分布规律及同一冷冻工况下组织不同位置处的温度变化曲线,对判断组织冻伤与否及评判冷刀杀伤半径有重要意义。对组织内含有单根或多根大血管的组织温...

【论文题纲】

摘要	3-4
ABSTRACT	4-9
1 绪论	9-23
1.1 生物传热学概论	9-10
1.2 生物传热学重要研究方向	10-16
1.2.1 几种典型的生物传热模型	10-14
1.2.2 生物热物性的测试	14-16
1.3 低温外科	16-20
1.3.1 低温外科简介	16-18
1.3.2 低温外科手术中的血管传热效应	18
1.3.3 冷冻损伤的机理研究	18-20
1.3.4 低温生物相变传热的求解特点	20
1.4 课题研究的目的与意义	20-21
1.5 本课题的研究内容	21-23
2 生物组织冻结过程中的温度场模拟	23-45
2.1 生物组织的温度场数值模拟概述	23
2.2 有限元方法概述	23-25
2.3 ANSYS 软件简介	25-27
2.4 数学建模	27-29
2.4.1 数学模型及边界条件	27
2.4.2 数学模型建立中几个问题的处理	27-29
2.5 数值计算	29-43
2.5.1 物理模型	29-31
2.5.2 定义物性及施加载荷	31-32
2.5.3 结果及讨论	32-40
2.5.4 温度分布规律及其影响因素	40-43
2.6 本章小结	43-45
3 组织冻结过程中应力场的分析	45-61
3.1 概述	45-47
3.1.1 热应力的概念	45-46
3.1.2 热应力对组织的损伤作用	46-47
3.1.3 分析热应力的方法和意义	47
3.2 有限元方程的建立	47-50
3.3 热应力场的有限元分析	50-60
3.3.1 ANSYS 的耦合功能	50-52
3.3.2 分析步骤	52-53
3.3.3 模型概述	53-54
3.3.4 应力计算结果及讨论	54-60
3.4 本章小结	60-61
4 实验装置、测量及结论分析	61-75
4.1 实验设备	61-64
4.1.1 冷冻刀具	61-62
4.1.2 液体CO_2贮罐	62-64
4.1.3 节流降压装置	64
4.2 实验测量设备	64-67
4.3 实验台调试及实验过程	67
4.4 实验结果分析	67-73
4.4.1 不同直径冷刀作用于牛肉组织的降温实验	67-70
4.4.2 冷刀作用离体组织的降温机械损伤实验	70-73
4.5 本章小结	73-75
5 结论及进一步工作建议	75-77
致谢	77-79
参考文献	79-83
附录	83

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.205622



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