低温冷冻皮肤疾病治疗过程建模及自动喷射系统研究

发布时间：2017-09-21 08:15

  本文关键词：低温冷冻皮肤疾病治疗过程建模及自动喷射系统研究

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【摘要】：冷冻治疗是利用超低温破坏异常组织的治疗方法,由于其操作简便、安全有效等优点,广泛应用于临床治疗中。对皮肤病的治疗多采用液氮对皮肤进行冷冻治疗的方法。虽然目前对液氮冷冻治疗器的研究有一定的进展,但由于成本高、操作不方便、液氮挥发量大、安全性差等原因,使得临床应用中多采用棉签浸蘸液氮的方法进行冷冻治疗。此方法虽然操作简单,但易产生交叉感染,会损伤周围正常组织。本文基于有限元数值计算,对液氮冷冻皮肤组织的温度变化特性进行研究,为临床冷冻治疗提供仿真指导。同时建立液氮在管道中的输送和喷嘴喷射模型,分析液氮的流动特性及液氮喷射后温度的变化情况,进而确定输送管道及喷嘴的型式,研制出液氮低温安全治疗系统。针对液氮治疗皮肤疾病中的治疗方法大都凭经验进行临床应用,无法根据病灶情况对冷冻区域进行精确控制等问题,根据皮肤组织的解剖模型,建立皮肤组织分层的三维模型,应用fluent有限元软件进行液氮冷冻皮肤组织的三维传热特性分析,模拟皮肤组织在液氮冷冻条件下的温度变化特点,研究液氮冷冻皮肤组织的温度变化特性。为了使液氮冷冻皮肤组织的仿真模拟更加精确,设计液氮冷冻新鲜带皮猪肉组织试验,进行观测点温度随冷冻时间变化的检测,得出温度随时间变化曲线,同时针对猪肉组织的热物理性质进行液氮冷冻猪肉组织的有限元分析,对比试验与仿真的结果。根据仿真结果与试验结果的差异,分析差异产生的原因对仿真模型进行修改,得出不同热物理参数对温度变化的影响情况,分析不同热物理参数对冷冻速度和冷冻深度的影响。由于液氮温度极低且在室温下易挥发,使液氮输送管道的选材和喷嘴的设计有一定的局限性,通过液氮在管道中输送模型的建立和喷嘴仿真的分析,分析液氮输送过程中不同锥角对管道的压力和不同喷口内径对液氮流动过程中粘力的影响,对喷嘴的喷射进行仿真分析液氮喷出后其温度与喷射距离的关系。通过进行液氮冷冻皮肤组织仿真分析和液氮在管道中输送特性分析及喷嘴喷射建模,实现了对液氮冷冻皮肤组织的治疗区域有效控制和进行液氮输送管道材料优选,完成喷嘴结构优化设计,研制出了液氮低温安全治疗系统,包括液氮充注容器的选取、操作柜的设计与研制、液氮输送系统的设计与研制,为实现更加精密的液氮安全治疗系统提供技术保障。
【关键词】：液氮冷冻 传热模型 仿真 输送管道 喷嘴
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R751;R454.5
【目录】：

• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第1章 绪论13-25
• 1.1 引言13-14
• 1.2 低温冷冻治疗技术的应用14-15
• 1.3 液氮冷冻技术研究现状15-22
• 1.3.1 液氮冷冻治疗机理16-18
• 1.3.2 生物组织传热学研究现状18-21
• 1.3.3 生物组织传热的有限元建模21-22
• 1.4 液氮冷冻治疗装置的发展状况22-23
• 1.5 论文研究的目的及意义23
• 1.6 论文研究内容23-25
• 第2章 低温冷冻皮肤组织有限元模型分析25-35
• 2.1 引言25
• 2.2 皮肤冷冻模型的建立25-30
• 2.2.1 皮肤组织结构分析及人体散热方式25-27
• 2.2.2 生物传热方程的选择27-28
• 2.2.3 皮肤组织模型边界条件的确定及网格划分28-30
• 2.3 冷冻区域形成及其传热特性分析30-33
• 2.3.1 稳态下的仿真温度分析30-31
• 2.3.2 不同点不同时间的温度分析31-33
• 2.4 本章小结33-35
• 第3章 液氮冷冻猪肉组织试验分析35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 液氮冷冻猪肉组织试验35-39
• 3.2.1 液氮冷冻猪肉组织试验设计及改进35-37
• 3.2.2 液氮冷冻猪肉组织试验过程37-39
• 3.3 猪肉组织试验与仿真对比分析39-43
• 3.3.1 液氮冷冻猪肉组织仿真设计与试验对比分析39-41
• 3.3.2 液氮冷冻猪肉组织仿真模型优化41-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第4章 液氮在管道中输送过程分析45-59
• 4.1 引言45
• 4.2 液氮输送过程建模分析45-51
• 4.2.1 液氮在管道中输送模型的建立45-50
• 4.2.2 液氮喷射状况仿真分析50-51
• 4.3 喷嘴设计及喷射仿真模拟51-58
• 4.3.1 喷嘴的选材与设计51-52
• 4.3.2 喷嘴喷射仿真模型的建立与分析52-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 液氮低温安全治疗系统的初步研制59-69
• 5.1 引言59
• 5.2 液氮充注容器及操作柜的设计与研制59-64
• 5.2.1 液氮容器罐的选用与改进60-62
• 5.2.2 液氮输送系统的设计与研制62-64
• 5.3 喷射状况分析64-66
• 5.4 本章小结66-69
• 第6章 结论与展望69-71
• 6.1 结论69-70
• 6.2 展望70-71
• 参考文献71-77
• 攻读学位期间发表的学术论文及参加的科研项目77-79
• 论文及专利77
• 参加的科研项目77-79
• 致谢79-80
• 学位论文评阅及答辩情况表80

【参考文献】

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本文编号：893364