基于近红外激光痛觉刺激的温度控制及场分布模型研究

发布时间：2017-08-04 08:09

  本文关键词：基于近红外激光痛觉刺激的温度控制及场分布模型研究

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【摘要】：痛觉作为有机体对损伤或危险的报警信号,对其进行刺激技术进行研究具有重要的医学基础研究和临床诊断价值。而作为目前公认的、最有效的痛觉研究工具,激光痛觉刺激的非接触刺激方式可以保证其在激活伤害性感受器的同时不受刺激机械性感受器干扰,激光痛觉诱发电位(LEPs)更易检测；此外较高的瞬时温升速度使得LEPs信号同步性更好。目前大多数激光痛觉刺激研究集中在CO2激光器等,针对近红外激光器,特别是其在持续致痛温度控制和皮肤温度场分布模型等技术方面的研究相对较少。本课题基于上述背景展开研究,旨在推动近红外激光痛觉刺激技术的研究进展。目的：以近红外激光痛觉刺激技术为研究背景,建立近红外激光照射下的温度控制系统和皮肤温度场分布模型,并设计离体实验对两种技术与痛觉之间的关系进行探索研究,对近红外激光痛觉刺激在实际应用中给予指导。方法：首先,利用波长为1940nm的Tm:YAG激光器搭建近红外激光痛觉刺激系统；其次,根据临床实际和科研的需求,分别设计接触与非接触测温两种温度控制系统及相应离体实验,对两种温度控制系统下的持续致痛温度控制效果进行评价；最后,本研究在建立皮肤温度场分布FEM-2模型的基础上,将完成以下两种方案的离体实验对上述模型进行验证：距激光照射中心的皮肤表面不同位置处、组织内部不同深度处的温度测定,其中每种实验方案采用的激光束腰半径R与激光功率P关系如下：R=3.5mm情况下P=0.25W,0.5W,0.75W和1W；P=1W情况下R=2mm,3mm,3.5mm。结果：温度控制系统的离体实验结果表明,接触和非接触测温两种温控系统均可实现一定时长的持续致痛温度控制；经离体实验验证,得出了在进行人体持续致痛实验时需要以高功率密度激光提升温升速度、低功率密度激光维持皮肤温度场高于致痛阈值的结论；FEM-2模型所预测的离体组织皮肤表面及深度方向的温度场分布与离体实验所得实际结果相吻合,可以利用该模型来指导实际痛觉刺激的进行；在持续致痛方面,激光功率P=1W时,激光束腰半径R=3.5mm与R=2mm两种条件下结果对比分析,前者未对皮肤造成损伤且有效致痛区域较激光束腰半径R=2mm情况下更大,前者既能产生持续致痛又可避免热损伤。结论：该研究下的近红外激光痛觉刺激系统能较好地实现持续致痛温度控制和皮肤温度场模型的建立与分析,可满足和推动近红外痛觉刺激研究。
【关键词】：痛觉 激光诱发电位 近红外激光 温度控制 温度分布模型
【学位授予单位】：北京协和医学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R402;R454.2
【目录】：

• 英文缩略词表6-7
• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 痛觉简介10-13
• 1.1.1 痛觉的产生机理10-13
• 1.1.2 痛觉研究的意义13
• 1.2 激光痛觉刺激技术13-17
• 1.2.1 痛觉刺激的技术手段14
• 1.2.2 激光痛觉刺激技术的原理14-15
• 1.2.3 激光痛觉刺激的研究现状15-17
• 1.3 本课题提出依据17-18
• 1.4 论文结构18-19
• 第二章 近红外连续激光痛觉刺激技术的理论探索19-25
• 2.1 近红外连续激光器的选择19
• 2.2 近红外激光照射下温度控制技术19-20
• 2.3 近红外激光照射下皮肤温度场分布模型的建立20-24
• 2.3.1 近红外刺激下皮肤温度场分布的相关分析21
• 2.3.2 模型方法选择及建立21-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 近红外连续激光痛觉刺激系统的设计与实现25-39
• 3.1 系统的设计要求25
• 3.2 系统的整体设计25-26
• 3.3 光学系统的设计26
• 3.3.1 准直镜26
• 3.3.2 光楔26
• 3.3.3 滤光片26
• 3.4 过电保护和冷却系统的实现26-27
• 3.5 程控模块的设计27-35
• 3.5.1 设计需求27-28
• 3.5.2 硬件设计28-33
• 3.5.3 软件设计要求33-34
• 3.5.4 用户图形界面的创建34-35
• 3.6 温控系统的设计和实现35-38
• 3.6.1 接触式测温下温控系统的实现35-36
• 3.6.2 非接触式测温下温控系统的实现36-38
• 3.7 本章小结38-39
• 第四章 近红外连续激光痛觉刺激技术的实验研究39-51
• 4.1 近红外连续激光刺激下持续致痛温度控制技术的实验研究39-43
• 4.1.1 接触式测温下持续致痛温度控制技术的离体验证实验39-40
• 4.1.2 非接触式测温下持续致痛温度控制技术的离体验证实验40-42
• 4.1.3 讨论42
• 4.1.4 本实验小结42-43
• 4.2 近红外连续激光刺激下皮肤温度场分布模型的实验研究43-50
• 4.2.1 实验平台的搭建43-44
• 4.2.2 离体实验方案设计44-45
• 4.2.3 统计方法45
• 4.2.4 实验结果45-48
• 4.2.5 讨论48-50
• 4.2.6 本实验小结50
• 4.3 本章总结50-51
• 第五章 总结与展望51-53
• 5.1 全文总结51-52
• 5.1.1 整机系统51
• 5.1.2 温控系统及实验验证51-52
• 5.1.3 皮肤表面温度分布模型的实验验证52
• 5.2 展望52-53
• 参考文献53-58
• 发表论文&专利58-59
• 致谢59

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 肖克;吴士明;;考察红外热像仪医用价值的临床试验报告[J];激光杂志;2013年02期

2 穆志明;杨基春;董晓曦;胡勇;金文东;李迎新;;双波长红外激光诱发痛觉刺激研究[J];中国激光;2015年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 董晓曦;双波长激光痛觉刺激的方法和技术研究[D];北京协和医学院;2014年

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本文编号：618472