基于低频低强度超声的可穿戴式肿瘤理疗方法研究
Study on Wearable Cancer Physiotherapy Based on Low-Power Low-Frequency Ultrasound
随着社会经济及文化生活水平的提高,人口老龄化及生存空间日益加重的环境污染等诸多因素,导致肿瘤的发病率不断上升,严重威胁着人类健康,可以说,恶性肿瘤正在成为人类健康的头号"杀手".作为传统治疗方案的重要补充,可穿戴式治疗方案可望为突破肿瘤的治疗瓶颈提供新的契机.该文从纳米颗粒结合低频低强度超声理疗方案入手,尝试提出新的穿戴治疗模式,取得了一定进展:1、纳米颗粒结合低频低强度超声诱导EMT6细胞凋亡离体实验研究为观察碳纳米管结合低频低强度超声对EMT-6肿瘤细胞体外生长的影响,采用在细胞悬浮液中加载碳纳米管,以低频超声辐照EMT-6细胞,通过对比超声作用前后贴壁细胞显微镜照片,以及消化后的细胞悬浮液计数,观察细胞凋亡效果,并且通过改变碳纳米管浓度、超声强度、超声作用时间等实验因素,来进一步考察EMT6细胞凋亡效果,以此探讨了纳米颗粒结合超声治疗肿瘤的潜在价值和可行性.2、纳米颗粒结合低频低强度超声诱导EMT6细胞凋亡在体实验研究为观察碳纳米管结合低频低强度超声对EMT-6肿瘤组织生长的影响,在小鼠肿瘤组织中注入碳纳米管溶液,以低频低强度超声辐照EMT-6肿瘤组织.实验结束后,通过测量治疗组和模型组的肿瘤重量,计算肿瘤抑制率,并且对比治疗后小鼠肿瘤组织切片样本,来观察治疗效果,进一步探讨了该治疗方案的可行性.3、加载纳米颗粒对超声在生物组织中传播影响数值分析研究为研究纳米颗粒的添加对超声在生物组织中的传播影响,由声波在两相介质传播的Allegra & Hawley数学模型出发,研究声波的衰减和相速度的变化,分析了声波频率、颗粒尺寸以及浓度对衰减和相速度影响规律.4、理疗超声的生物组织热效应数值模拟由于可穿戴式超声探头需要长时间贴附于皮肤表面,其热舒适度是至关重要的.该文采用Pennes方程模拟组织内的传热过程,对表面有超声贴附,内部有超声热作用的组织温度场进行了模拟,研究了正常组织和肿瘤组织的温升状况.在计算过程中,采用半隐式无条件稳定(SSI)计算方法,提高了计算效率.5、用于穿戴的低频超声电源的设计和仿真该部分主要介绍了便携低频超声波功率电源的设计,主要包括便携电源的选择、逆变和频率跟踪等几方面,以稳定输出为前提,应用逆变技术,设计性能稳定的低频超声波电源.通过频率跟踪电路,使其能自动匹配负载频率,得到最高的电声换能效率.通过仿真评估了电路性能.
- 作者：
- 陈柏炜
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院(理化技术研究所)
- 专业名称：
- 制冷及低温工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2009年
- 导师姓名：
- 刘静；周一欣
- 中图分类号：
- TH774
- 关键词：
- 可穿戴；低频；低强度；纳米颗粒；生物组织；声衰减；相速度；热舒适；便携电源；逆变；频率跟踪
- Wearable；Low-Power；Low-Frequency；NanoParticles；Tissue；Attenuation；Phase Velocity；Thermal Comfort；Portable Power；Inverting；Frequency Tracking