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首页医源资料库在线期刊中华医药杂志2009年第9卷第4期

乳腺生物热传导模型的构建与临床验证

来源:《中华医药杂志》
摘要:【摘要】本文主要内容是应用生物传热学理论和Pennes方程对不同形态的生物热传导模型进行构建,通过构建上述理论模型,分析得到热层析的理论曲线,并与临床病例中得出的实际热层析曲线进行对比验证并总结,为临床病例中乳腺肿瘤形态的判定提供理论依据。分析结果表明,乳腺热传导模型的建立,有助于乳腺肿瘤的临床诊......

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【摘要】  本文主要内容是应用生物传热学理论和Pennes方程对不同形态的生物热传导模型进行构建,通过构建上述理论模型,分析得到热层析的理论曲线,并与临床病例中得出的实际热层析曲线进行对比验证并总结,为临床病例中乳腺肿瘤形态的判定提供理论依据。分析结果表明,乳腺热传导模型的建立,有助于乳腺肿瘤的临床诊断。

【关键词】  生物传热;热层析;红外热成像;温度

The construction and clinical verification of lacteal gland bio-heat transfer model

    YU Yang, LI Kai-yang.College of Physics Science and Technology in Wuhan University, Hubei 430072,China

    【Abstract】  This paper was based on the use of bio-heat transfer theory and Pennes equation to study different forms of biology construct heat conduction model by which hot chromatography analysis of the theoretical curves could be gained and compared with those of the actual clinical cases to draw a summary of validation for clinical cases of breast tumor to determine the form and provide a theoretical basis. Thus the results of the analysis showed that breast heat conduction model contributes to diseases such as breast tumor clinical diagnosis.

    【Key words】  bio-heat transfer; thermal tomography; infrared imaging; temperature

    红外热成像是乳腺癌早期诊断中的一种常见方法。但红外热成像图只能反应人体浅表的温度分布,如果需要诊断体内深层部位的肿瘤形态,就要得到体内热源形态与体表温度分布之间的关系,从而由红外热像图得到的体表温度分布来判断体内的肿瘤形态[1,2]。本文从物理、数学和生物多角度相结合,建立适合生物体的理论的热传导模型,从体内热源的信息推出体表温度分布热图。并分析得出理论模型体表温度分布热图的热层析曲线,再与临床病例中实际的热层析曲线图相对照,总结出一套通过观察体表热图的热层析曲线来判断肿瘤形态的诊断标准,从而为医学红外热成像对乳腺肿瘤形态的诊断提供了一定的参考依据。

  1  本文中主要的理论依据

    1.1  热传导模型建立原理  本文主要内容是应用生物传热学理论和Pennes方程对不同形态的生物热传导模型进行构建[3],Pennes方程为:

    ρcT   t=(k·T)+Wbρbcb(Ta-T)+Qm

    依据本研究工作的前期研究结果,由Pennes方程解出生物体内点热源的表面温度分布公式为[4]:

    T(X,Y)=q   4×3.14×kh2+X2+Y2

    由上述公式可以构建点热源的热传导模型,而其他形态的热源都可以看成是多点的集合,因此叠加多点热源的表面温度就可以得到不同形态热源的表面温度分布。

    1.2  热层析技术原理  热层析q-r曲线的分析过程:结合热传导模型所获得的表面热图,对所选定分析区域作逐层的曲线拟合分析求出该处体内热源强度值q与层析深度r之间的关系,从而得到该分析区域体内热源强度随层析深度变化的q-r特性曲线[5],该特性曲线在一定程度上能反映出体内的病变信息。

  2  不同形态的热传导模型

    人体内的实际肿瘤形态各异,而不同形态热源会在体表产生不同的热分布图,因此,必须研究不同形态的热源对体表温度分布的影响。下面分别对不同形态的点、线、面状的热源的热传导模型进行举例。

    2.1  点热源的热传导模型举例

    2.1.1  同强度不同深度点热源的表面温度分布热图和对应的热层析q-r曲线图  见图1。由图1可知热源深度是影响热源表面热分布的因素之一,热源距体表的深度越大,得到的热层析q-r曲线越低,且曲线越平缓。

    2.1.2  同深度不同强度点热源的表面温度分布热图和对应的热层析q-r曲线图  见图2。由图2可知热源强度是影响热源表面热分布的因素之一,热源发热强度越低,得到的热层析q-r曲线越低,且曲线越平缓。

    2.2  线状热源的热传导模型举例

    2.2.1  环形线热源的模型和其表面的温度分布热图  见图3。

    2.2.2  三岔线热源的模型和其表面的温度分布热图  见图4。实际中血管多为岔线,图4可以看作是血管的模拟热分布图。

    2.3  面状热源的热传导模型举例

    2.3.1  正方形的面状热源的模型和其表面的温度分布热图  见图5。

    2.4  体状热源的热传导模型举例

    2.4.1  圆柱体热源的模型和其表面的温度分布热图  见图6。

    2.4.2  球体热源的模型和其表面的温度分布热图  见图7。

    2.4.3  椭球体热源的模型和其表面的温度分布热图  见图8。

    2.4.4  长方体热源的模型和其表面的温度分布热图  见图9。

    3  临床病例初步验证

    下面将上述理论热源表面热图的热层析曲线与病例的实际热层析曲线对比得到关于肿瘤形态的判断结果。见图10。

    病例介绍:湖北省人民医院乳腺甲状腺外科门诊病人邵某某,女,49岁。右乳外上肿块2.5cm×2.5cm(近似为球体),肿块区高温、曲线典型。

    对比图10曲线形态可以得出肿块的形状近似于一个直径为2.5cm的球体。验证了病例结果。4  结束语

    本文从对Pennes方程的分析出发,建立不同形态的热源热传导模型,得到不同形态热源的体表温度分布热图,并用热层析技术逐层挖掘出热源信息,求得q-r特性曲线。结合临床病例中实际的热层析曲线进行对比验证热传导模型建立的正确性,并总结不同形态热源的热层析曲线的规律。分析结果表明,乳腺热传导模型的建立,有助于乳腺肿瘤等疾病的临床诊断。本文主要就简单球形热源的热传导模型进行了验证,其他各种复杂形态热源模型的验证工作将在以后陆续完成。

【参考文献】
  1 高东宸,张栋,侯玉萍. 红外热像图对乳腺肿物的诊断价值. 临床和实验医学杂志,2004,4:219-221.

2 熊功友. 乳腺疾病诊疗技术新进展. 九江医学 , 2003,2:47-49.

3 刘静,王存诚.生物传热学.北京:科学出版社,1997,86.

4 高春芳,李凯扬,张少平. 一种新的红外热像图分析方法及其在乳腺肿瘤诊断中的应用.红外,2007,(10):35-36.

5 张大德.热扫描成像系统(TTM)与中医辨证在恶性肿瘤早期诊断和鉴别诊断的应用.第207次学术会议报告文集.香山科学会议,2003,78-80.

(编辑:齐 永)


作者单位:430072 湖北武汉,武汉大学物理科学与技术学院生物医学物理研究室

作者: 2009-8-24
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