论文摘要
磁感应热疗是近年发展的用于肿瘤治疗的新方法,因其具有热均匀性、靶向性强、生物相容性好等特点,相比于其他肿瘤热疗方法优势明显,正逐渐成为国内外治疗肿瘤的新方向。目前我国磁感应热疗技术的主要研究集中于磁感应热疗设备的制造与热疗中磁介质的制备及动物的体内外实验,对于磁感应热疗中多个物理场的耦合研究相对较少,仿真对象通常局限于单一生物组织。本论文针对小动物磁感应热疗中线圈式磁场发生装置的磁场分布不均匀这一缺点,对线圈进行优化,选择产热效率高的磁流体作为磁感应热疗的磁介质,构建了三维兔子模型,分析了不同加热条件下生物体内电磁场与热场的分布情况,对于磁感应热疗磁场发生装置的制造与提高肿瘤治疗时的临床安全性有着指导意义。（1）分析了磁介质的发热机理。主要介绍了超顺磁性纳米粒子的磁损耗。通过分析磁介质的磁损耗,发现超顺磁性的磁流体由于不需要较强的外加磁场强度就可以达到较高的产热效率,因此选择超顺磁性磁流体作为磁介质。根据Rosensweig理论,推导计算出超顺磁流体的发热功率。（2）分析了磁感应热疗中电磁场与热场的耦合机理,利用有限元法分析电磁场与热场的求解问题。根据线圈电磁场理论设计出交变磁场发生装置,利用COMSOL软件的磁场物理场进行仿真分析,在加热线圈两端加入补偿线圈后,加热线圈磁场的均匀性大大提升。根据Pennes生物传热方程建立了生物组织的传热数学模型,利用AutoCAD2011三维设计软件构建出三维兔子模型,计算出100 kHz下生物体的介电参数与热物理参数。通过对耦合场的分析,选择间接耦合方式对磁感应热疗进行研究。（3）分析了仿真结果及影响加热效果的参数。当磁流体的纳米粒子选择粒径为15nm的Fe3O4,磁场强度为5000 A/m,磁场频率为100 kHz,以41.5℃作为磁感应热疗临界温度时,靶位置内的热场分布均匀,能达到杀伤肿瘤的目的。分别改变交变磁场频率、磁场强度和磁流体材料参数进行仿真分析,发现磁流体的粒径对加热效果的影响较大,当粒径为16 nm时,最高温度可达60.4℃。根据电磁场和热场的分布结果,并改变相关参数可对磁感应热疗过程中的热场分布情况进行预估,对实际的肿瘤热疗具有指导意义。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 林燕平
导师: 刘曦
关键词: 磁感应热疗,电磁场,热场,有限元法,耦合场
来源: 兰州交通大学
年度: 2019
分类: 基础科学,医药卫生科技
专业: 物理学,肿瘤学
单位: 兰州交通大学
分类号: O441;R730.5
DOI: 10.27205/d.cnki.gltec.2019.000737
总页数: 61
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