一种无损测量生物活体组织热参数的方法

摘要

本发明提供了一种无损测量生物活体组织热参数的方法，用于通过三点表面测温确定柱状生物活体组织的热参数。该方法包括：建立柱坐标下柱状生物活体组织的二维Pennes传热模型；采用逐行法求解在阶跃热流或方波热流的干扰作用下，柱状生物活体组织内的温度变化；通过灵敏度计算，分析热参数的灵敏度系数之间的相关性以及热参数对温度变化的影响，优化三个测量点的选择；开发生物活体组织表面温度的测量系统，实时采集温度的瞬态响应数据；应用改进的高斯参数估计方法，同时获得柱状生物活体组织的导热系数、热扩散系数、血液灌注率以及体积热容量等热参数。其优点在于：实现了方便、步骤简单的无损测量。

主权项

1.一种无损测量生物组织热参数的方法，用于通过三点表面测温确定柱状生物活体组织的热参数，其特征在于：对长度为0.10m～0.75m、半径为0.01m～0.20m的柱状生物活体组织，建立了特定形式热干扰作用下的二维Pennes柱坐标传热模型；具体步骤如下：a、建立特定形式热干扰作用下，柱坐标下柱状生物活体组织的二维Pennes传热模型其控制方程式：${\left(\mathrm{\rho c}\right)}_t\frac{\partial T}{\partial t}=k[\frac{{\partial }^{2}T}{{\partial x}^2}+\frac{1}{r}\frac{\partial }{\partial r}\left(r\frac{\partial T}{\partial r}\right)]+w_b{c}_b(T_a-T)+q_m$ (式1)其边界条件如式2所示：$x=\mathrm{0,0}<r<R,\frac{\partial T}{\partial x}=0;x=L,0<r<R,\frac{\partial T}{\partial x}=0;r=\mathrm{0,0}\le x\le L,\frac{\partial T}{\partial r}=0;$ (式2)其中，(ρc)t为生物组织的体积热容量，k为导热系数，wb为血液灌注率，cb为血液比热容，Ta为动脉血液温度，qm为体积代谢热，qo为加热带热流密度，hA为边界的综合换热系数，T∞为环境温度。并且采用无其它热干扰的二维稳态计算结果作为初始温度场；b、采用数值方法求解柱状生物活体组织内的温度变化；c、计算参数的灵敏度系数，进行灵敏度分析；d、实时采集温度的瞬态响应数据；e、应用参数估计方法，确定柱状生物活体组织的导热系数、热扩散系数、血液灌注率以及体积热容量等热参数。