沈桂平[1]2003年在《鼻咽组织光—热响应的研究》文中进行了进一步梳理本论文从激光和生物组织的光热作用物理机理出发，开展激光与鼻咽组织光热响应的理论与实验研究，为诊断/定位肿瘤时选择光剂量和确定组织温度分布提供理论和实验依据。首先利用MC模型和生物传热的理论模型Pennes方程对生物组织中的光传输特性和温度分布的无损重构进行模拟研究；其次设计Ar~+激光(波长：488nm、514.5nm)辐照“活性蛋白”组织模型和几种哺乳动物组织(离体猪肌肉组织、鼻咽组织)诱发温度分布的实验测量方案，研究激光波长、能量密度和辐照时间对生物组织温度分布的影响；理论和实验结果表明：组织中的温度分布与组织不同深部位置、激光波长以及激光辐照能量密度有关；实验获得波长488nm和514.5nm的Ar~+激光分别辐照鼻咽组织时安全光剂量分别为1.85W/cm~2和1.72W/cm~2的重要数据，相关的成果可为鼻咽癌的光动力学诊断提供若干理论结果和有用的实验数据。
童雅星[2]2010年在《生物组织光热响应数值模拟与实验研究》文中提出光辐射在生物组织体中的传输、分布以及光与生物组织的相互作用是生物医学光子学研究中重要的基础性问题。在光与生物组织相互作用的多种效应中,从临床应用的角度看光热效应是最重要的。目前,用Monte Carlo方法模拟光子在生物组织中的随机行走路径已比较成熟,美国的Lihong Wang和S.L.Jacques发表的Monte Carlo程序被广泛地运用于组织中的光传输分析;而有限元和有限差分方法则是在热分析中普遍采用的方法。目前为止,已经开展的研究工作大多数都是关于激光照射下的情形,并采用固定不变的光学和热学参数进行模拟,这并不完全符合实际的情况,实际上生物组织的光学参数和热学参数与温度密切相关;此外,近年来在临床上除了激光以外的其它光源包括强脉冲宽光谱光源等复合光的应用也越来越多。因此,关于宽光谱复合光照射下,生物组织的光热响应特性的分析模型和实验方法等问题的研究具有非常重要的实际意义。本文结合数值分析以及实验手段,首先从生物组织的基本结构出发,根据光与生物组织相互作用后发生的各种行为,对光与生物组织相互作用的基本机制进行了探讨。在此基础上,分析了生物组织的热传导机制,阐述了组织中的热损伤现象和光照下生物组织的传热方程,并给出了高斯和圆平光束情形下光源热源项的表达。随后,采用Monte Carlo方法分析了光与生物组织相互作用过程中,生物组织内部的光子数分布和光能流率分布特点;用有限元方法,对含有光源热源项的牛肌肉组织传热方程进行了计算求解,提出了动态光学参数和热学参数情形下的有限元计算模型,分别计算了采用固定的和随温度动态变化的牛肌肉组织光学和热学特性参数情况下的组织的光热响应过程,结果表明1)若不考虑光学参数(μa与μs)以及热学参数(c,k和ρ)随温度变化的影响,将高估牛肌肉组织的温升;2)与热学参数相比,动态光学参数更大程度的影响牛肌肉组织的温度响应;3)在激光辐照的过程中,在牛肌肉组织表面附近会形成一个光学屏障,影响组织表面和内部的光子数分布,从而影响组织的温度分布。本文还创新地提出了适用于分析任意复合光源作用下生物组织光热响应的有限元分析计算模型——利用单色仪和光功率计测量复合光源光功率的方法,并将结果运用有限元进行数值分析。本文以连续氙灯作为光源,对其功率谱分布进行了测量;根据文献报道的组织光学和热学参数模拟计算了市售新鲜猪皮肤组织和猪肝组织的温度响应特性,实验采用自行设计的二维螺旋测温装置,测量了连续氙灯照射下市售新鲜猪皮肤组织和猪肝组织的温度变化情况,对我们所提出的复合光作用下生物组织光热响应的理论模型的正确性进行了验证。本论文得到了国家自然科学基金(No.60678054)的资助。
周文波[3]2010年在《仿生修饰金纳米杆用于癌细胞选择性内吞的研究》文中研究指明近年来,纳米科技与生物医学的联姻为癌症的治疗开拓了方向。其中近红外光热技术因人体对近红外光的高透过率和低吸收率而获得关注。作为一种理想的纳米生物医用材料,除了需要体现出自身优异的特征功能外,还需要在与细胞作用时满足良好的生物稳定性、生物相容性和一定的功能性如靶向功能等。界面的仿生设计是赋予传统纳米材料这些特点的有效手段之一。我们将仿细胞膜结构的磷酸胆碱(Phosphorylcholine,PC)用于具有近红外光热响应的金纳米杆(GNRs)的表面修饰,发现由此带来了GNRs良好的的生物稳定性和生物相容性。进一步的细胞内吞实验显示,PC修饰的金纳米杆(GNRs(?)PC)比经典聚氧乙烯修饰金纳米杆(GNRs(?)PEG)具有更高的癌细胞内吞能力。更为重要的是在来源于肝、鼻和淋巴组织的叁对正常细胞和癌细胞对比中,GNRs(?)PC均呈现出在癌细胞内选择性富集现象。进一步和主动靶向分子半乳糖胺和叶酸修饰的金纳米杆(GNRs(?)Gals和GNRs(?)FA)比较,发现GNRs(?)PC的选择内吞能力在肝癌细胞中和GNRs(?)Gals相当;在鼻咽癌细胞中和GNRs(?)FA相当,呈现普适高效的癌细胞选择内吞能力。本研究进一步从材料学的角度探索了PC诱导GNRs的癌细胞选择内吞机理。通过比较PC修饰的不同尺寸与形状的金纳米颗粒的细胞内吞作用,紫外可见光谱法(UV-Vis)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)和透射电镜细胞切片法(TEM)都显示PC界面修饰对细胞内吞的影响远大于金纳米颗粒自身的尺寸和形状效应。同时,通过对颗粒表面和细胞培养基中掺入的PC量的调控揭示了PC诱导的内吞符合一种受体介导的作用。在此基础上,我们研究了细胞的GNRs的内吞量对近红外光热治疗的影响,发现这两个量是正相关的,即细胞内吞GNRs越多,在近红外光作用下细胞死亡越快。由此我们提出细胞内热疗的概念并将其运用于鼻咽癌体外模型的近红外光热治疗中。选取鼻腔肿瘤部位四种主要细胞与GNRs(?)PC相互作用,近红外光照实验结果显示GNRs(?)PC具有良好的癌细胞选择性杀灭能力,同时一系列光照优化实验也找到了治疗的功率窗口。本文的结论有望为GNRs(?)PC在近红外光热治疗体内评价和解释PC细胞内吞机理上提供证据与准备。
谢树森, 李步洪, 苏万钧[4]2004年在《Ar~+激光辐照下离体猪鼻咽组织的热响应特性》文中指出为了获得用于鼻咽癌(NPC)光活检的Ar+激光对鼻咽组织的安全光剂量阈值,实验测定了离体猪鼻咽组织在Ar+激光辐照下不同位置的温度分布,重点研究了辐照功率密度和波长对组织中温度分布的影响。实验结果表明,组织中的温度分布与探测位置、激光波长以及激光辐照功率密度有关。在同一波长激光辐射下,组织中的温度随着辐照激光功率密度的增大而增大,当辐照功率密度达到185W/cm2时,鼻咽组织黏膜下层的温度可超过415℃;在相同功率密度激光的辐照下,波长为5145nm的激光照射鼻咽组织时的光热效应较488nm波长明显。
李步洪[5]2003年在《鼻咽癌的光热特性及其光活检技术研究》文中研究指明光活检(Optical Biopsy)是以生物分子学为基础，集当代光电子、光谱术、显微术和计算机技术为一体的国际前沿技术，该技术旨在为临床组织病理学提供一种无损、实时、精确和客观的先进活检手段。本文首次将光活检中的激光诱导药物荧光成像技术应用于解决“早期鼻咽癌诊断”这一国际性难题，系统深入地开展了早期鼻咽癌光活检的基础理论研究和系统的技术开发，并研制出了早期鼻咽癌光活检样机，为进入临床应用奠定了坚实基础。 本文首先阐述了实现鼻咽癌早期诊断和定位的临床重要意义，接着分析了现有鼻咽癌诊断方法存在的主要问题。在总结国内外光活检历史由来和发展现状的基础上，首次提出了利用激光诱导药物荧光成像技术进行早期鼻咽癌光活检的研究课题。 在第二章中，基于本项目采用荧光光敏药物作为鼻咽癌的标记物，首先综述了国内外光动力学疗法新型光敏剂的研究进展。以开展鼻咽癌的光动力学诊断应用为目的，首次利用叁维荧光光谱比较研究了二磺基二邻苯二甲酰亚胺甲基酞菁锌、癌光啉和血啉甲醚等3种国内第二代新型光敏剂，以及第一代光敏剂血卟啉衍生物的光谱特性，实验结果表明血啉甲醚是应用于早期鼻咽癌光活检的最理想光敏剂，并初步确定了鼻咽癌光活检系统的最佳激发光源和特征荧光检测波长。在此基础上，还重点研究了血啉甲醚在Ar~+激光(488nm和514.5nm)辐照时的时间分辨荧光光谱特性和光漂白特性，相关结果为确定鼻咽癌光活检系统临床应用的可检测时限提供了理论依据。 在第叁章中，简要介绍了用于描述生物组织光学性质的基本参数，全面总结了用于测量生物组织光学性质的技术和方法。在比较测量生物组织反射率和透射率的双积分球和单积分球实验装置的基础上，利用单积分球技术实验测量了在Ar~+和He-Ne激光辐照射下离体猪鼻咽组织的反射率、透射率和准直透射率，并分别利用Kubelka-Munk理论和Inverse Adding-Doubling方法首次获得了猪鼻咽组织的光学特性参数，同时还应用Monte Carlo方法模拟得到了光在鼻咽组织的光能流率分布和光学穿透深度，为早期鼻咽癌光活检系统的技术开发和样机设计提供了重要的原始数据。 在第四章中，实验测量了离体猪鼻咽组织在Ar~+激光(λ=488nm和514.5nm)辐照下不同靶位置的温度分布，重点研究了激光功率密度和激光波长对被辐照组缀浙江大学博士学位论文（光电信息工程学系·光学工程）织温度分布的影响。实验结果表明：组织中的温度分布与探测点的位置、激光波长以及激光功率密度有关。在同一波长激光照射下，组织中的温度随着辐照射激光功率密度的增大而增大。鼻咽组织在波长为 488urn和 5 14．sum激光的辐照下，安全的光剂量阈值分别为l．85W儿m’和l．72W儿m’。此外，根据Pennes传热模型，首次构建了激光在鼻咽组织中的一维传热模型，并得到了鼻咽组织中温度分布的解析解。最后，通过数值模拟研究了波长、功率密度和辐照时间等参数对鼻咽组织温度分布的影响，模拟结果与实验测量结果基本一致，为开展早期鼻咽癌的光活检提供了安全光剂量的重要数据。 在第五章中，首次设计并开发了用于早期鼻咽癌诊断和定位的光活检系统，系统由风冷氢离子激光器、白光光源、短焦距透镜、立方棱镜、鼻咽硬镜和像增强器等组成。氢离子激光器发出的氮激光经过滤光片和耦合透镜后进入光纤传输，光纤输出的氢激光经透镜、立方棱镜和鼻咽内窥镜的光纤传光束后照射到被检组织。白光光源经聚光镜、保护玻璃、白光专用传光束和立方棱镜后也注入到鼻咽内窥镜的光纤传光束，并到达被检组织。该系统的特征在于实现了微光图像和荧光图像的共轴传输，进而可以在完成对患者实施高灵敏度和特异性荧光诊断的同时；还能对病灶的解剖位置进行精确的白光定位，系统已获实用新型专利。 第六章中，介绍了CA6300图像板卡的工作原理和查找表函数库，重点讨论了对鼻咽癌黑白荧光图像进行伪彩色增强处理的变换技术，从颜色上增强荧光图像的衬比度。黑白荧光图像经过伪彩增强处理后的可鉴别度得到了极大的提高，医生能从图像中获得病灶边缘效应、立体感及内部结构等方面的更多信息，有助于对早期鼻咽癌病灶的诊断。 第七章中，讨论了鼻咽癌药物荧光图像的衬比度，以及系统中的图像信号处理方案。在完成样机研制的基础上，利用鼻咽癌组织光学模型对早期鼻咽癌光活检样机进行｝性能测试。结果表明：系统样机不仅灵敏度高、成像质量好，而且荧光图像的衬比度能够满足临床诊断的基本要求，取得了十分满意的结果。 最后总结了本论文所完成的主要研究工作和创新成果，并提出了今后还要继续开展的相关研究工作。
沈桂平, 谢树森, 李晖[6]2004年在《鼻咽组织光热响应的研究》文中研究说明利用生物传热理论模型Pennes方程对Ar+激光辐照下生物组织的温度分布进行模拟研究;实验测定了离体猪鼻咽组织在Ar+激光(λ=488nm和514.5nm)辐照下不同位置的温度分布,重点研究了辐照功率密度和波长对组织中温度分布的影响。理论和实验结果表明:组织中的温度分布与组织不同深部位置、激光波长以及激光辐照功率密度有关;实验获得波长488nm和514.5nm的Ar+激光分别辐照鼻咽组织时安全光剂量分别为1.85W/cm2和1.72W/cm2。
林慧韫[7]2005年在《活体鼻咽喉组织激光消融阈值的实验研究》文中提出本文概述了激光消融生物组织在生物医学领域的研究现状,鉴于激光技术在疾病治疗研究中的越来越受到医学、生物、物理等学科的研究人员的关注,本文结合动物实验与数值模拟,致力于研究激光作用下的生物组织消融阈值与光剂量的关系。 首先,简要介绍了生物组织激光消融研究的历史情况,概述了消融阈值的物理含义及其在生物医学领域的应用现状。 其次,讨论了生物组织光热响应的基础。从生物组织传热的基本原理出发,分析了生物组织光热响应的过程。 再次,开展激光消融活体兔鼻咽喉组织的实验研究。对观察组与即时组的实验结果进行总结。分析了鼻咽喉组织激光损伤二维尺度与光剂量间的关系,获取了激光消融的阈值范围。通过病理切片对观察组样品进行组织形态学观察,并用扫描电镜对消融光剂量作用下的组织进行超微结构分析。 最后,作为扩展研究,由经验公式得到生物组织的光学特性参数及热学参数,运用数值模拟不同条件下生物组织内部的光能量分布。
沈桂平, 谢树森, 李晖, 陈珍黎[8]2004年在《鼻咽组织光热响应研究》文中进行了进一步梳理利用生物传热理论模型Pennes方程对Ar+激光辐照下生物组织的温度分布进行模拟研究;实验测定了离体猪鼻咽组织在Ar+激光(λ=488.0nm和514.5nm)辐照下不同位置的温度分布,重点研究了辐照功率密度和波长对组织中温度分布的影响。理论和实验结果表明:组织中的温度分布与组织不同深部位置、激光波长以及激光辐照功率密度有关;实验获得波长488nm和514.5nm的Ar+激光分别辐照鼻咽组织时安全光剂量分别为1.85W/cm2和1.72W/cm2。
张纪庄[9]2009年在《皮肤病治疗中激光蚀除和选择性光热解的光热作用研究》文中进行了进一步梳理作为蚀除性和非蚀除性皮肤疾病激光治疗的理论基础,激光蚀除和选择性光热解(selective photothermolysis,SP)的光热作用研究是国内外激光医学研究领域的热点和难点问题。本文采用理论分析、数值模拟和离体、活体动物实验相结合的方法对CO2激光蚀除皮肤组织和SP的光热作用机理以及各种因素影响下的量效关系进行了探索性研究。本文建立了CO2激光蚀除皮肤组织多层结构动态光热作用数理模型,并对蚀除过程中各层组织厚度、组织吸收的激光能量分布和温度场等主要物理量的时空演化规律,以及激光功率、环境参数等相关参数的影响规律进行了理论分析和数值模拟。对激光照射过程中组织吸收的激光能量分布、温度场和各层组织厚度(对应于组织物性参数)的相互耦合作用,以及激光照射停止后剩余热的影响进行了分析讨论。本文建立了考虑组织热物性参数和血液灌注率动态变化及汽化潜热影响的叁维SP光热作用数理模型,并对激光照射过程中和停止激光照射后组织中的温度场和热损伤分布的时空演化规律,以及黄色人种皮肤内血管参数、表皮冷却方式等相关参数的影响规律进行了理论分析和数值模拟。研究结果表明,与“选择性的激光能量分布”相比,用“选择性的温度分布”能更有利于揭示选择性光热解的作用机理,通过强化组织温度分布的选择性可优化SP治疗。本文还对考虑汽化温度和压力动态变化的SP光热作用数理模型进行了初步探讨。本文对CO2激光蚀除离体猪皮组织时蚀除弹坑直径和深度与激光功率的量效关系、532 nm和1064 nm激光照射活体小鼠皮肤组织时热损伤厚度与激光能量密度的量效关系以及用578 nm激光对活体兔眼视网膜的热损伤阂值进行了实验研究,实验结果与数值结果符合较好。本文研究成果有助于进一步深入认识对皮肤疾病进行激光治疗过程中的临床现象和规律,对提高治疗的安全性和有效性具有参考价值和指导意义。
陈育群[10]2005年在《鼻咽癌荧光光谱定位系统光电信号的处理技术》文中认为本学位论文依托课题组承担的国家自然科学基金项目“鼻咽癌光热特性及其光活检技术的研究”以及福建省自然科学基金重大项目、福建省教育厅重大科研项目等多个科研项目,深入地探索用于鼻咽癌诊断和定位系统中的分光系统光电信号的处理技术,开展了相应的试验,建立了相应的实验系统,所得结果为开发临床应用设备提供了坚实基础。首先,深入调研了国内外现有鼻咽癌诊断和定位方法的基础上,分析鼻咽癌诊断和定位的重要性和荧光光谱分析法用于鼻咽癌诊断和定位的可行性。其次,通过对国内外现有的相关荧光光谱测量系统的分析比较,拟定系统原理框图,确定各子系统功能、性能指标和设计方案。接着,根据系统的功能及性能指标的要求,进行了各个模块器件的选型和设计,包括光电信号处理硬件电路和相关控制软件的设计。最后,通过实验验证并逐步提高和完善系统性能参数,并结合数据采集与处理系统进行整机的性能试验。试验结果表明:所设计的鼻咽癌诊断和定位荧光光谱测量系统基本上可以满足实际应用上的要求。可以展望,经过进一步的研究和完善,该成果将会在临床上获得应用。
参考文献：
[1]. 鼻咽组织光—热响应的研究[D]. 沈桂平. 福建师范大学. 2003
[2]. 生物组织光热响应数值模拟与实验研究[D]. 童雅星. 上海交通大学. 2010
[3]. 仿生修饰金纳米杆用于癌细胞选择性内吞的研究[D]. 周文波. 浙江大学. 2010
[4]. Ar~+激光辐照下离体猪鼻咽组织的热响应特性[J]. 谢树森, 李步洪, 苏万钧. 中国激光. 2004
[5]. 鼻咽癌的光热特性及其光活检技术研究[D]. 李步洪. 浙江大学. 2003
[6]. 鼻咽组织光热响应的研究[C]. 沈桂平, 谢树森, 李晖. 大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集. 2004
[7]. 活体鼻咽喉组织激光消融阈值的实验研究[D]. 林慧韫. 福建师范大学. 2005
[8]. 鼻咽组织光热响应研究[J]. 沈桂平, 谢树森, 李晖, 陈珍黎. 光电子·激光. 2004
[9]. 皮肤病治疗中激光蚀除和选择性光热解的光热作用研究[D]. 张纪庄. 清华大学. 2009
[10]. 鼻咽癌荧光光谱定位系统光电信号的处理技术[D]. 陈育群. 福建师范大学. 2005