肿瘤冷冻消融过程的仿真与实验研究
发布时间：2021-07-26 11:15
肿瘤是目前全球主要的卫生健康问题之一。在所有类型肿瘤中,气管、支气管和肺部肿瘤占比较大,且发病率逐年递增。肿瘤外科手术正朝着微创化的方向发展,低温外科手术与传统治疗方法相比,具有出血少、杀菌、麻醉、有效防止肿瘤复发和转移的优势,有望成为未来肿瘤临床治疗的重要方案。本文基于柔性冷刀治疗系统搭建实验台,由高压氮气瓶、主机系统、柔性冷刀输出系统、温度测量及采集系统等部分组成。柔性冷刀可以通过人体的自然腔道到达靶向区域杀死病变组织,减少对正常组织的损伤,最低温度可达到-135℃。柔性冷刀刀头携有内窥镜,可以更加准确的寻找病变组织,进一步增加治疗的准确性。分别以8MPa、10MPa氮气压力在水中、质量含量为2%的明胶水溶液中进行实验,冰球近似为椭球形,8MPa时水中冰球短半径为2mm,10MPa时水中冰球短半径为3mm,10MPa时明胶中冰球短半径为18.5mm,由结果可以发现,氮气输送的压力越大,冰球越大;明胶中的冰球明显比水中的冰球大;距离刀尖位置越近,温度下降越快。在冷冻过程中,与柔性冷刀有效长度垂直的方向,温度扩散趋势一致,与柔性冷刀有效长度平行的方向比柔性冷刀垂直的方向温度降低更快,温...
【文章来源】：上海理工大学上海市
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同年龄、地域恶性肿瘤发病情况
第一章绪论3图1.2利用液氮作为冷冻介质的冷冻刀以及对应的低温实验1.1.2低温外科治疗技术的发展历程低温外科技术的发展最早可以追溯到公元前2500年，古埃及人发现在组织损伤处利用低温物体进行冷敷可以减缓病症[38]。19世纪四五十年代，一名英国的外科医生JamesArnott采用低温盐水治疗子宫瘤，从此人们开始意识到低温外科的作用，但是当时所能达到的温度仅有-20℃，还无法达到杀伤细胞组织的目的。虽然当时低温无法达到治疗癌症的目的，但对于表皮组织的冷敷治疗方面很有效果。从事低温外科治疗的学者们不断研究获得超低温的方法，直到19世纪末20世纪初，人们发现部分液态气体可以获得低温，CampbellWhite医生首次获得液态气体并应用于低温外科领域，虽然当时获得超低温问题有所解决，但是承载这种超低温的设备十分落后，因此学者们便开始研究低温外科设备[39-40]。1963年Cooper公布自己的研究成果，说明其研制的可调节温度的低温外科器械，并使用该设备成功的应用于临床手术中[41]，这一研究的突破标志着真正意义上的低温外科技术开始诞生，打开了低温外科在医学领域以及工程领域的大门，对低温外科而言具有里程碑的意义。此后，低温外科技术开始逐渐应用于一些皮肤并肺癌、肝癌、前列腺癌等疾病的治疗[42-44]。随着时代的进步、科技的发展，到20世纪末，计算机成像技术的兴起，更加推动了低温外科设备的发展，借助于影像技术使得低温外科设备更好的应用于临床手术中。与此同时，低温外科技术还与其他传统的治疗技术相结合，形成交叉技术共同作用的治疗方案。
第一章绪论5度中毒损伤。因此当降温速率较慢时，细胞内外的浓度不平衡对细胞的损伤产生巨大影响。第二种就是在冷冻过程中降温速率较快，使得细胞内的水分未渗出胞外前就已经结冰，形成胞内冰，胞内冰的产生容易对细胞内部结构造成致命的破坏。复温过程造成低温损伤最主要的因素就是再结晶。慢速复温过程，当温度在-20℃～-40℃时十分容易发生冰晶再生长现象，使得冰晶生长的更大，更严重的破坏了细胞的结构，从而对组织造成损伤。与此同时，随着复温过程的继续，细胞容易发生吸水胀破。由于组织中的细胞是紧密排列的，因此冰晶的产生会同时损伤多个细胞。延时损伤即是低温对循环系统造成的影响，低温使得循环系统发生断路情况，主要表现为血流不通，形成的血栓对组织造成损伤。在低温冷冻过程中，随着冷冻的进行，低温导致血管的收缩使得血流速率降低直至血液完全被冻结。细胞因长时间缺氧导致损伤。而在复温的过程中，由于冻结组织的融化，使得在冷冻过程中收缩的血管来不及恢复原状，容易发生膨胀，组织造成损伤。研究低温损伤的机理最主要的就是探究冰晶形成的过程以及细胞、组织对超低温的应激反应，了解低温损伤机制可以为低温外科提供更加合理有效的临床方案，为低温医疗器械的研发提供精准治疗的理论基矗图1.3低温损伤机理低温损伤延时损伤即时损伤冷冻损伤渗透性损伤血管栓塞细胞内冰晶损伤细胞外冰晶损伤低体温症降温造成的损伤
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国恶性肿瘤发病与死亡的国际比较分析[J]. 段纪俊,严亚琼,杨念念,曾晶,郑荣寿,张思维,陈万青. 中国医学前沿杂志(电子版). 2016(07)
[2]我国恶性肿瘤发病现状及趋势[J]. 吴菲,林国桢,张晋昕. 中国肿瘤. 2012(02)
[3]血液对流换热的数值计算[J]. 解海卫,张艳,诸凯. 计算物理. 2009(06)
[4]癌症冷冻治疗器械的研究进展[J]. 谭璐,毛大立,苏颖颖,马和武,常兆华. 介入放射学杂志. 2005(06)
[5]Determination of cell volume during equilibrium freezing process[J]. ZHAO Gang1, HE Liqun1, WANG Peitao2, DING Weiping1, XIE Xiaojian1, LIU Zhong3, ZHANG Haifeng1, SHU Zhiquan1, LUO Dawei1 & GAO Dayong1,4 1. Cryobiomedical Engineering Research Institute, Department of Thermal Science and Energy Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei 230027, China; 2. School of Life Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei 230027, China; 3. Red Cross and Blood Center of Hefei, Hefei 230022, China; 4. Department of Mechanical Engineering, University of Kentucky, Lexington, KY 40506-0108, USA Correspondence should be addressed to Zhao Gang (e-mail: cooky@ mail.ustc.edu.cn). Chinese Science Bulletin. 2003(15)
[6]中国癌症控制策略研究报告[J]. 董志伟,乔友林,李连弟,陈育德,王润田,雷通海,饶克勤,王汝宽,赵平,游伟程,鲁凤珠,戴旭东,王国清,罗贤懋,周海城. 中国医学科学院学报. 2002(03)
博士论文
[1]异向介质在微波热疗中的应用研究[D]. 陶永会.中国科学技术大学 2014
本文编号：3303461
【文章来源】：上海理工大学上海市
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同年龄、地域恶性肿瘤发病情况
第一章绪论3图1.2利用液氮作为冷冻介质的冷冻刀以及对应的低温实验1.1.2低温外科治疗技术的发展历程低温外科技术的发展最早可以追溯到公元前2500年，古埃及人发现在组织损伤处利用低温物体进行冷敷可以减缓病症[38]。19世纪四五十年代，一名英国的外科医生JamesArnott采用低温盐水治疗子宫瘤，从此人们开始意识到低温外科的作用，但是当时所能达到的温度仅有-20℃，还无法达到杀伤细胞组织的目的。虽然当时低温无法达到治疗癌症的目的，但对于表皮组织的冷敷治疗方面很有效果。从事低温外科治疗的学者们不断研究获得超低温的方法，直到19世纪末20世纪初，人们发现部分液态气体可以获得低温，CampbellWhite医生首次获得液态气体并应用于低温外科领域，虽然当时获得超低温问题有所解决，但是承载这种超低温的设备十分落后，因此学者们便开始研究低温外科设备[39-40]。1963年Cooper公布自己的研究成果，说明其研制的可调节温度的低温外科器械，并使用该设备成功的应用于临床手术中[41]，这一研究的突破标志着真正意义上的低温外科技术开始诞生，打开了低温外科在医学领域以及工程领域的大门，对低温外科而言具有里程碑的意义。此后，低温外科技术开始逐渐应用于一些皮肤并肺癌、肝癌、前列腺癌等疾病的治疗[42-44]。随着时代的进步、科技的发展，到20世纪末，计算机成像技术的兴起，更加推动了低温外科设备的发展，借助于影像技术使得低温外科设备更好的应用于临床手术中。与此同时，低温外科技术还与其他传统的治疗技术相结合，形成交叉技术共同作用的治疗方案。
第一章绪论5度中毒损伤。因此当降温速率较慢时，细胞内外的浓度不平衡对细胞的损伤产生巨大影响。第二种就是在冷冻过程中降温速率较快，使得细胞内的水分未渗出胞外前就已经结冰，形成胞内冰，胞内冰的产生容易对细胞内部结构造成致命的破坏。复温过程造成低温损伤最主要的因素就是再结晶。慢速复温过程，当温度在-20℃～-40℃时十分容易发生冰晶再生长现象，使得冰晶生长的更大，更严重的破坏了细胞的结构，从而对组织造成损伤。与此同时，随着复温过程的继续，细胞容易发生吸水胀破。由于组织中的细胞是紧密排列的，因此冰晶的产生会同时损伤多个细胞。延时损伤即是低温对循环系统造成的影响，低温使得循环系统发生断路情况，主要表现为血流不通，形成的血栓对组织造成损伤。在低温冷冻过程中，随着冷冻的进行，低温导致血管的收缩使得血流速率降低直至血液完全被冻结。细胞因长时间缺氧导致损伤。而在复温的过程中，由于冻结组织的融化，使得在冷冻过程中收缩的血管来不及恢复原状，容易发生膨胀，组织造成损伤。研究低温损伤的机理最主要的就是探究冰晶形成的过程以及细胞、组织对超低温的应激反应，了解低温损伤机制可以为低温外科提供更加合理有效的临床方案，为低温医疗器械的研发提供精准治疗的理论基矗图1.3低温损伤机理低温损伤延时损伤即时损伤冷冻损伤渗透性损伤血管栓塞细胞内冰晶损伤细胞外冰晶损伤低体温症降温造成的损伤
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国恶性肿瘤发病与死亡的国际比较分析[J]. 段纪俊,严亚琼,杨念念,曾晶,郑荣寿,张思维,陈万青. 中国医学前沿杂志(电子版). 2016(07)
[2]我国恶性肿瘤发病现状及趋势[J]. 吴菲,林国桢,张晋昕. 中国肿瘤. 2012(02)
[3]血液对流换热的数值计算[J]. 解海卫,张艳,诸凯. 计算物理. 2009(06)
[4]癌症冷冻治疗器械的研究进展[J]. 谭璐,毛大立,苏颖颖,马和武,常兆华. 介入放射学杂志. 2005(06)
[5]Determination of cell volume during equilibrium freezing process[J]. ZHAO Gang1, HE Liqun1, WANG Peitao2, DING Weiping1, XIE Xiaojian1, LIU Zhong3, ZHANG Haifeng1, SHU Zhiquan1, LUO Dawei1 & GAO Dayong1,4 1. Cryobiomedical Engineering Research Institute, Department of Thermal Science and Energy Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei 230027, China; 2. School of Life Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei 230027, China; 3. Red Cross and Blood Center of Hefei, Hefei 230022, China; 4. Department of Mechanical Engineering, University of Kentucky, Lexington, KY 40506-0108, USA Correspondence should be addressed to Zhao Gang (e-mail: cooky@ mail.ustc.edu.cn). Chinese Science Bulletin. 2003(15)
[6]中国癌症控制策略研究报告[J]. 董志伟,乔友林,李连弟,陈育德,王润田,雷通海,饶克勤,王汝宽,赵平,游伟程,鲁凤珠,戴旭东,王国清,罗贤懋,周海城. 中国医学科学院学报. 2002(03)
博士论文
[1]异向介质在微波热疗中的应用研究[D]. 陶永会.中国科学技术大学 2014
本文编号：3303461
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