本文關(guān)鍵詞：激光熱痛刺激引起的皮膚組織溫度分布的研究

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【摘要】：痛覺在基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用領(lǐng)域都具有十分重要的研究價值,痛覺誘發(fā)電位技術(shù)是研究痛覺時經(jīng)常使用的一項技術(shù),而激光誘發(fā)電位(Laser evoked potentials,LEPs)技術(shù)是痛覺誘發(fā)電位技術(shù)中最具有競爭力的一項技術(shù),自問世以來,憑借其客觀、準(zhǔn)確的診斷結(jié)果和較短的測量時間等獨特優(yōu)勢得到了大多數(shù)專家與學(xué)者的青睞。然而,客觀準(zhǔn)確的選擇激光輸出劑量是達(dá)到最佳的致痛效果并且避免正常組織損傷的基礎(chǔ)與前提,因此,LEPs技術(shù)的致痛機(jī)理已成為目前主要的研究焦點。為此,大多數(shù)學(xué)者從組織光熱效應(yīng)方面著手,通過建立激光引起的組織溫度分布模型的方法進(jìn)行研究并取得了突破性的研究成果;但是,大多數(shù)研究成果只適用于中遠(yuǎn)紅外激光,對于近紅外激光致痛機(jī)理的研究所取得的成果較少。與中遠(yuǎn)紅外激光相比,使用近紅外激光進(jìn)行痛覺刺激時,不僅能夠減小對皮膚表面造成損傷的風(fēng)險而且能夠直接激活傷害性感受器保證了痛覺電位信號的準(zhǔn)確性。因此,急需建立簡單、準(zhǔn)確的激光照射引起的組織溫度分布模型,用于指導(dǎo)近紅外激光進(jìn)行痛覺刺激的實驗研究和臨床應(yīng)用。為了解決上述問題,本研究以近年來成功應(yīng)用于LEPs研究的980nm脈沖激光為突破口,針對性的研究近紅外激光在生物組織光熱效應(yīng)理論,建立相應(yīng)的模型,解決該類激光在痛覺刺激研究中缺乏理論模型指導(dǎo)的問題。本研究首先根據(jù)980nm激光與生物組織相互作用的表現(xiàn)形式,對三層皮膚模型進(jìn)行了優(yōu)化,劃分出了五層皮膚模型即角質(zhì)層、表皮層、真皮上層、血層和真皮下層;同時,確定了 Pennes生物熱傳導(dǎo)方程為建立模型的理論基礎(chǔ),采用有限元分析的方法求解方程的近似解。其次,根據(jù)光輻射傳輸方程描述皮膚組織中的光分布,采用漫散射方程對皮膚組織中的光通量密度進(jìn)行近似求解;根據(jù)激光熱源形成的過程以及組織中光通量密度的變化,同時考慮散射作用的影響,得出熱源項的一般表達(dá)式。然后,根據(jù)皮膚模型的結(jié)構(gòu),對激光熱源和Pennes生物熱傳導(dǎo)方程進(jìn)行細(xì)致的優(yōu)化;根據(jù)實際情況,確定方程的邊界條件和初始條件;使用MATLAB軟件對模型結(jié)果進(jìn)行仿真。最后,通過離體實驗和在體實驗對模型結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗證。經(jīng)驗證結(jié)果顯示,該模型能夠客觀、準(zhǔn)確的確定激光劑量,從而實現(xiàn)了安全、有效的進(jìn)行痛覺刺激,避免了不必要損傷的目的。本研究的主要創(chuàng)新點為以980nm脈沖激光為研究對象,充分考慮皮膚散射作用對溫度分布的影響,建立由980nm脈沖激光引起的皮膚組織溫度分布模型。
【學(xué)位授予單位】：北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN249;R318

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