低溫手術過程中的數(shù)值仿真及其損傷機理的研究.pdf

1、腫瘤作為人類健康的頭號殺手，目前腫瘤的治療依然沒有被攻克。近年來，據(jù)世界衛(wèi)生組織報告，全球范圍內每年都有近千萬人死于各種癌癥。低溫手術技術以其微創(chuàng)性，靶向性，成本低，恢復快等優(yōu)勢，越來越多的被應用于各種癌癥的臨床治療。然而，目前低溫手術并沒有成為腫瘤治療的常規(guī)療法，更多時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方面:
　　 當腫瘤較大或者腫瘤附近有大血管網(wǎng)存在時，低溫手術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，從而造成術后復發(fā)率較高的問題;
　　 低溫手術臨床實施時缺乏對冷刀殺傷范圍的實時監(jiān)測，對低溫手術方案的殺傷能力也缺乏精準的預測;
　　 對于低溫下癌細胞的響應以及癌細胞低溫下?lián)p傷機理的研究和認識還不夠深刻。
　　 鑒于目前低溫手術存在的上述問題，本文應用有限元方法求解了低溫手術過程中熱顯著性血管和熱顯著性血管網(wǎng)絡與生物組織之間的共軛傳熱問題;結合胞內冰成核理論，提出利用胞內冰成核率(PIF)作為低溫手術殺

3、傷效率的評價準則;實驗研究了Hela細胞低溫下胞內冰成核的現(xiàn)象，完成了研究細胞低溫響應所需的低溫下NaCL-DMSO-H2O三元溶液粘度的測試工作。
　　 具體來說，本研究主要包含以下幾個方面:
　　 本文成功把單調迎風格式的有限元方法應用于低溫手術過程中大血管與生物組織間共軛傳熱問題的數(shù)值求解;基于分形理論構造了一個熱顯著性血管樹形網(wǎng)絡，完成了該血管網(wǎng)絡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)絡對于傳統(tǒng)低溫

4、手術和納米低溫手術冷凍效率的影響。結果顯示:血管網(wǎng)絡對于傳統(tǒng)低溫手術方案和納米低溫手術方案都有明顯的加熱效應，這種血管網(wǎng)絡的加熱效應在納米低溫手術中表現(xiàn)的更為明顯。
　　 本文基于胞內冰成核理論，計算了低溫手術過程中腫瘤內部胞內冰成核率(PIF)的發(fā)展情況。提出利用PIF作為評價低溫手術效率的準則。本文利用PIF分析了熱顯著性血管網(wǎng)絡影響下的傳統(tǒng)低溫手術和納米低溫手術的殺傷效率，結果表明:在大血管網(wǎng)絡存在時，納米低溫手術能夠更有

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