本文關(guān)鍵詞：金納米顆粒光熱參數(shù)重建及其在激光誘導(dǎo)熱療中的應(yīng)用　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著納米技術(shù)的發(fā)展,其應(yīng)用范圍越來越廣泛,并逐漸與其他熱門領(lǐng)域,如生物學(xué)以及醫(yī)學(xué)技術(shù)相互融合。在此背景下,納米生物醫(yī)學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。納米生物醫(yī)學(xué)是一種依賴于納米技術(shù)的,針對特定疾病進(jìn)行預(yù)防、診斷以及治療的科學(xué),提高其相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)水平對于改善人類健康狀況具有重要意義。癌癥,(即惡性腫瘤)是危害人類健康的重大疾病,是公認(rèn)的不治之癥。納米顆粒輔助的激光誘導(dǎo)腫瘤熱療技術(shù)是一種利用激光與納米顆粒相互作用的熱效應(yīng)來治療早期癌癥的一種新方法。腫瘤熱療技術(shù)的優(yōu)勢在于非入侵以及副作用小,但仍然存在許多亟待解決的問題,如治療過程腫瘤區(qū)域溫度難以控制、容易對正常組織造成損害、最佳治療時間,加熱頻率以及加熱強(qiáng)度參數(shù)難以設(shè)定等。基于以上問題,本文首先對生物組織以及納米顆粒系統(tǒng)的光熱物性測量問題開展了研究,在此基礎(chǔ)上研究了激光誘導(dǎo)腫瘤熱療過程中溫度場以及損傷區(qū)域的影響因素以及改進(jìn)方法。主要內(nèi)容如下:采用離散偶極子近似法(DDA)對不同形狀納米顆粒(包括金納米棒與金納米三角片)的吸收散射特性進(jìn)行分析,總結(jié)了兩種類型的金納米顆粒形狀參數(shù)與其局部表面等離子激元共振波長的關(guān)系,為激光誘導(dǎo)腫瘤熱療中所采用的納米顆粒類型提供參考;在此基礎(chǔ)上研究了肩并肩、面對面及底邊對底邊等三種不同排列方式對納米三角片二聚體光學(xué)特性的影響,并著重研究了不同顆粒間距對其吸收特性的影響。在不考慮熱效應(yīng)的前提下,通過測量脈沖激光作用下生物組織的透射及反射信號對生物組織的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了重建。在此基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)瞬態(tài)反射峰值信號與生物組織光學(xué)性質(zhì)可以表示為激光脈沖寬度的波爾茲曼函數(shù),并通過對人體手臂的在體測量進(jìn)行驗(yàn)證。最后利用所得到的擬合關(guān)系式對生物組織的散射反照率及非對稱因子進(jìn)行了快速重建。微納米顆粒的光學(xué)性質(zhì)以及粒徑分布對生物組織中激光的傳輸具有重要影響。本文針對顆粒系粒徑分布及顆粒光學(xué)常數(shù)的反問題研究,提出了雙波長雙厚度法,通過測量不同厚度樣品在不同波長光源輻照下的半球透反射信號或者不同接收角內(nèi)的透射信號以及準(zhǔn)直透射信號,并結(jié)合相應(yīng)的反問題算法實(shí)現(xiàn)對顆粒系粒徑分布以及光學(xué)常數(shù)進(jìn)行重建。為了精確預(yù)測熱療過程中激光與生物組織相互作用熱效應(yīng),需要對生物組織光熱物性進(jìn)行準(zhǔn)確地測量。本文基于光熱多源信息融合技術(shù),提出二次優(yōu)化方法,開展彌散介質(zhì)光/熱物性的同時重建研究。結(jié)合對彌散介質(zhì)邊界輻射強(qiáng)度(光信息)和邊界溫度(熱信息)的測量,對介質(zhì)內(nèi)部隨溫度線性變化的導(dǎo)熱系數(shù)與吸收系數(shù)進(jìn)行了同時重建。在生物組織與納米顆粒物性已知的前提下,采用Pennes生物傳熱模型,研究了激光誘導(dǎo)腫瘤熱療過程中生物組織的熱響應(yīng)過程,并對熱療過程中存在的問題及影響因素進(jìn)行系統(tǒng)分析,包括間斷加熱頻率、不同腫瘤尺寸、納米顆粒濃度及激光加熱區(qū)域大小等對其治療效果的影響,為激光誘導(dǎo)腫瘤熱療過程中最佳治療時間及加熱強(qiáng)度的選取提供了依據(jù)。在此基礎(chǔ)上考察了金納米三角片與金納米棒的光熱轉(zhuǎn)換效率,測量了激光作用下含有不同濃度納米顆粒的離體生物組織的溫度變化。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.1;TN249

【參考文獻(xiàn)】

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