納米金靶向生物組織的光熱治療時(shí)域建模仿真.pdf

1、近年來(lái)，激光在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用滲透到了醫(yī)學(xué)的各個(gè)方面，成為許多疾病治療不可替代的手段，尤其在腫瘤的診斷和治療方面，激光光熱治療更是開辟了另一條道路。研究激光與生物組織相互作用產(chǎn)生的熱效應(yīng)是腫瘤光熱治療的基礎(chǔ)，獲知生物組織吸收光后轉(zhuǎn)化成的熱量是腫瘤光熱治療的關(guān)鍵，對(duì)推動(dòng)腫瘤光熱治療早日進(jìn)入臨床實(shí)踐階段有著不可磨滅的重要意義。
　　納米金顆粒隸屬于金屬納米材料，被公認(rèn)為是一種良好的復(fù)合多功能納米顆粒的介質(zhì)。其獨(dú)特的等離子共振性質(zhì)，更

2、是在腫瘤光熱治療領(lǐng)域受到研究人員的廣泛青睞。通過(guò)控制金屬納米顆粒的尺寸、形貌和結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)其表面等離子體共振峰峰位至近紅外區(qū)（NIR，700~1300nm），此波長(zhǎng)范圍內(nèi)生物組織中水和血紅素對(duì)光的透過(guò)性最好，納米金能在快速提高光熱轉(zhuǎn)化效率的同時(shí)極大限度地減少光熱治療過(guò)程中對(duì)正常細(xì)胞的損傷。同時(shí)納米金顆粒易控的表面化學(xué)親和力使其能與一些特定的蛋白質(zhì)耦聯(lián)，制備出功能化的納米探針與腫瘤細(xì)胞靶向結(jié)合，在一定激光能量的照射下，納米金顆?？焖佼a(chǎn)生的熱

3、量使局部溫度增高，從而引起蛋白變性繼而殺死腫瘤組織。以上這些特性都使得納米金有望成為癌癥臨床治療的新手段。
　　針對(duì)目前尚未出現(xiàn)具有指導(dǎo)意義的腫瘤光熱治療理論模型，本文從激光與生物組織的相互作用出發(fā)，研究了生物組織對(duì)光的吸收散射效應(yīng)及光對(duì)生物組織產(chǎn)生的熱效應(yīng)，通過(guò)傳輸理論輻射傳輸方程建立了光在生物組織中的時(shí)域傳輸模型，從生物組織內(nèi)的光子密度值分布、曝光時(shí)間及生物組織的選擇性吸收出發(fā)，依據(jù)Pennes生物傳熱方程建立了時(shí)域的熱擴(kuò)散模

4、型。利用有限元算法對(duì)時(shí)域光傳輸和熱擴(kuò)散模型進(jìn)行求解，定量的計(jì)算出納米金靶向的生物組織內(nèi)的光子密度值及溫度分布。在一定程度上模擬出了激光照射生物組織一段時(shí)間后，生物組織體內(nèi)的光熱分布，尤其是納米金靶向的腫瘤細(xì)胞吸收的熱量。最后通過(guò)構(gòu)建非勻質(zhì)仿體對(duì)建立的光熱模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果比較了納米金的光熱效應(yīng)，并對(duì)不同納米金濃度、不同曝光時(shí)間及不同激光功率值的大小對(duì)納米金靶向生物組織光熱治療的影響進(jìn)行了分析。本文的研究成果對(duì)提高腫瘤治療的光熱轉(zhuǎn)