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光动力学疗法的计算机模拟研究

周军  
【摘要】:光动力学疗法(Photodynamic Therapy,简称PDT)亦称光化学疗法或光辐射疗法,是通过生物光敏作用杀伤肿瘤或其他病理性增生组织而达到治疗目的的一种正在研究发展中的新型医疗技术。实验研究发现:在肿瘤组织吸收光敏剂浓度确定的前提下,光辐射强度越高的肿瘤部位,光敏剂形成的氧化能力越强,进而对该部位的病变组织就会产生较强的杀伤效果。所以了解和掌握激光与肿瘤组织的作用规律,寻找增加肿瘤组织各部位光辐射强度的有效途径对光动力治疗的临床应用具有重要意义。另外,在光动力学治疗过程中,激光对组织的照射同时会产生一定的热疗效果,因此,研究和掌握热损伤和组织参数之间的关系对提高光动力疗法中的辅助热疗效果具有重要意义,同时对生物医学、组织光学的研究也有一定的参考价值。 本文根据光动力学治疗和辅助热疗的原理建立理论模型,并利用有限元方法对激光治疗肿瘤的规律进行了研究:讨论了吸收系数μ_α和散射系数μ_s对肿瘤组织中激光光子的传输和分布的影响、组织热参数对肿瘤组织温度分布的影响以及光纤头放置的位置和数目对光子和温度分布的影响,并且对球型肿瘤组织做了定量计算。在此基础上对肿瘤模型进行拓展,定量计算了椭球状肿瘤组织在不同条件下的光分布计量和温度分布数值,得出对于一个长轴为2.0cm、短轴为1.2cm的椭球状肿瘤体,为了同时保证光化效果和热疗效果,应在其长轴上相对于中心对称放置两个光纤头进行照射,并且这两个光纤头之间的距离应控制在0.8~1.0cm之间。在计算中对肿瘤模型的可拓展性也使得有限元方法能够模拟计算不同形状肿瘤在治疗中的光化效应和热效应,从而使模拟工作更具有实际意义。 本项研究工作在计算机模拟研究光动力治疗肿瘤方面进行了一些有益的尝试,这些尝试对数字化虚拟人体的研究、激光生物医学的理论研究都有一定的理论意义,对激光在肿瘤治疗中的临床应用具有一定的参考价值。


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