热疗是近年来兴起的一种十分重要的肿瘤物理治疗方法，在医学界有“绿色疗法”之誉。随着各种施热技术的迅猛发展，肿瘤热疗越来越显示出其重大的医学价值。为适应该领域相关理论研究与实际应用的需要，本书旨在从工程学定量化的角度出发，深入剖析各类典型热疗方法的基本原理，揭示生物组织在热疗过程中一系列基础热物理机制，阐述相应组织传热问题的理论刻画方法、求解途径及温度场监测措施，系统介绍国内外在探索先进肿瘤热疗模式方面所取得的最新成果与进展，并提出一些可供探索的新途径和新方向。
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前言
第1章 绪论(1)
1.1 导言(1)
1.2 肿瘤治疗的现实需求(1)
1.3 肿瘤热疗的起源及研究现状(2)
1.4 肿瘤热疗的物理学及医学生物学机制(4)
1.5 热疗方法及热疗设备(6)
1.6 肿瘤热疗存在的问题及展望(6)
参考文献(6)
第2章 实现肿瘤热疗仪器的典型技术途径(8)
2.1 导言(8)
2.2 微波热疗技术(8)
2.3 超声热疗技术(10)
2.4 射频热疗技术(11)
2.5 循环热介质加热技术(12)
2.6 激光诱导间质热疗技术(13)
2.7 全身热疗技术(13)
参考文献(15)
第3章 肿瘤热疗中的温度监测方法(17)
3.1 导言(17)
3.2 肿瘤热疗中选择性加热的意义(18)
3.3 热疗中温度监控方法分类(19)
3.3.1 局部体温监测法(19)
3.3.2 影像监测技术(19)
3.3.3 数学模型预测法(20)
3.4 肿瘤热疗中的局部测温技术(21)
3.5 监测热疗过程的电阻抗测温法(22)
3.6 血管介入加热式全身热疗中的血液测温方法(23)
3.7 监测热疗的超声成像方法(25)
3.8 监测热疗过程的磁共振成像法(26)
3.9 监测热疗过程的微波辐射测温法(27)
3.10 监测肿瘤热疗过程的红外测温方法(28)
3.11 结合体表测量及数值计算的温度场无损重建方法(30)
参考文献(32)
第4章 生物传热传质的特点及基本模型(34)
4.1 导言(34)
4.2 生物传热的复杂特点(34)
4.3 生物组织的局部传热问题刻画及其应用(35)
4.4 经典Pennes生物传热模型及其应用特点(36)
4.5 生物系统的热调节问题(39)
4.6 微尺度生物传热问题及其应用(42)
4.7 多尺度热响应问题的处理方法(46)
4.7.1 多尺度热响应问题的提出(46)
4.7.2 多尺度热响应问题的理论研究方法(47)
4.7.3 多尺度热响应问题的测量技术(48)
参考文献(51)
第5章 肿瘤高温热疗中组织传热问题的分析求解方法(56)
5.1 导言(56)
5.2 求解生物传热问题的分离变量法(56)
5.3 求解生物传热问题的Green函数法及其在前列腺热疗中的应用(58)
5.4 求解复杂生物传热问题的通用性Green函数法(68)
5.5 三维生物传热问题的Green函数解(71)
5.6 典型生物传热案例分析(74)
5.6.1 体表为第二类边界条件的传热分析(74)
5.6.2 体表为第三类边界条件的传热分析(80)
5.6.3 体表随机加热条件下组织温度涨落(82)
5.6.4 由生物节律导致的组织温度涨落(83)
5.6.5 热疗中的三维温度场(84)
5.7 活体组织温度涨落模型及其理论求解(86)
参考文献(92)
第6章 高温肿瘤热疗中组织传热问题的数值计算方法(94)
6.1 导言(94)
6.2 模拟多维生物传热问题的MonteCarlo方法(94)
6.2.1 算法背景(94)
6.2.2 MonteCarlo算法及肿瘤热疗中组织温度预示(95)
6.3 基于MonteCarlo方法的生物传热算例分析(102)
6.3.1 算法的校验(103)
6.3.2 组织受空间加热的传热问题(103)
6.3.3 肿瘤组织的传热问题(106)
6.3.4 种子数及随机试验次数对计算结果的影响(106)
6.3.5 基于吸收格式的MonteCarlo算法(108)
6.3.6 非线性边界条件的处理方法(111)
6.4 求解生物传热方程的双倒易边界元方法(112)
6.5 肿瘤温度预示中的不确定性问题(114)
6.6 肿瘤热疗中血管传热效应的数值模拟(118)
6.6.1 肿瘤与血管的关系(118)
6.6.2 高温热疗中的大血管效应(120)
6.6.3 含大血管组织传热模型及求解方法(121)
6.6.4 典型血管传热效应分析(125)
参考文献(128)
第7章 基于热流体介质加热的肿瘤热疗方法(132)
7.1 导言(132)
7.2 基于闭式高温蒸汽加热的热疗探针技术(132)
7.2.1 高温蒸汽热疗探针系统工作原理(132)
7.2.2 高温蒸汽热疗探针对组织加热幅度的理论评估(134)
7.2.3 高温蒸汽热疗探针性能的实验评估(137)
7.3 基于经皮流体注射的肿瘤热疗方法(138)
7.3.1 经皮注射肿瘤热疗方法中的流体输运问题(139)
7.3.2 计算结果及讨论(146)
7.4 经皮注射高温盐水热疗方法中的器械设计问题(150)
7.5 经皮高温盐水疗法的组织传热问题分析(154)
7.5.1 高温盐水传播速度和位置的确定(154)
7.5.2 传热控制方程(155)
7.5.3 计算中的网格生成(158)
7.5.4 计算参数的选取(158)
7.5.5 经皮高温盐水加热特性试验及组织传热计算模型评估(158)
7.6 经皮注射热消融的红外影像监测实验(170)
参考文献(175)
第8章 射频加热式肿瘤热疗方法(176)
8.1 导言(176)
8.2 射频热疗电磁场及温度场方程(176)
8.3 射频热疗技术的发展(178)
8.3.1 脉冲式射频电极(179)
8.3.2 偶极子射频电极(179)
8.3.3 内冷式射频电极(179)
8.3.4 阵列式射频电极(180)
8.4 射频热疗增强技术(181)
参考文献(184)
第9章 光学加热法肿瘤热疗中的基础与应用问题(186)
9.1 导言(186)
9.2 激光汽化活体生物组织的传热过程分析(186)
9.2.1 激光在组织中的传输规律对组织热响应的影响(189)
9.2.2 血液灌注率的影响(191)
9.2.3 边界冷却条件的影响(192)
9.3 激光诱导间质热疗中的血管传热模拟问题(193)
9.4 激光与含大血管组织作用时的光学传输物理模型(195)
9.5 激光G血管G组织相互作用的MonteCarlo模拟方法(196)
9.5.1 光子传输方程(196)
9.5.2 光子的发射(198)
9.5.3 光子步长(199)
9.5.4 移动光子(199)
9.5.5 判断光子是否到达界面(200)
9.5.6 界面处的穿透和反射(201)
9.5.7 光子吸收和反射(204)
9.5.8 光子终止(205)
9.5.9 吸收光子权值与内热源的转换关系(205)
9.6 激光作用下含大血管组织中的血液流动及传热模型(206)
9.7 激光与含大血管组织相互热作用的典型规律(208)
9.7.1 组织内含有单根大血管且激光束照射组织外表面情形(208)
9.7.2 组织内含有逆流动静脉血管对且激光束照射组织外表面情形(211)
9.7.3 组织内含有单根大血管且激光通过光纤插入组织内部进行加热情形(214)
9.7.4 组织内含逆流动静脉血管对且激光光纤插入组织内进行加热的情形(218)
9.7.5 激光加热导致的血液自然对流(221)
9.8 低功率激光与含大血管组织相互热作用的红外模拟试验(223)
9.9 高功率激光与含大血管组织相互热作用的红外模拟试验(229)
9.10 基于激光切除冻结肿瘤组织的手术方法(235)
9.11 激光光动力学疗法(236)
9.12 光动力治疗中组织内激光传播的MonteCarlo模拟方法(237)
9.12.1 光敏剂浓度的计算(239)
9.12.2 计算参数的选取(239)
9.13 两类典型光纤照射下光化学反应结果(239)
9.13.1 采用光纤端面照射(239)
9.13.2 采用光纤侧面均匀照射(245)
9.14 两类光纤照射下的PDT过程对比(249)
9.15 光化学疗法中的激光热效应(250)
9.16 激光诱导间质热疗的深低温流体冷却方法(251)
参考文献(254)
第10章 超声加热肿瘤热疗中的基础与应用问题(258)
10.1 导言(258)
10.2 声场方程及温度场方程(258)
10.3 几类典型的用于热疗的超声换能器(260)
10.3.1 平面换能器(260)
10.3.2 聚焦换能器(261)
10.3.3 相控阵换能器(263)
10.4 介入式超声热疗技术(264)
10.4.1 超声腔内热疗技术(264)
10.4.2 超声间隙热疗技术(265)
10.5 高强度聚焦超声热疗技术(266)
10.6 超声加热治疗中的温度无损监测(267)
参考文献(269)
第11章 基于热化学反应的高强度靶向消融方法(271)
11.1 导言(271)
11.2 肿瘤热疗医学的困境及新思路(271)
11.3 基于酸碱中和反应的高强度肿瘤靶向热消融法(272)
11.3.1 基本原理(272)
11.3.2 酸碱中和释热反应热疗原理性实验(274)
11.3.3 酸碱中和反应热消融方法的发展态势(277)
11.4 具有局部高强度释热效应的碱金属热消融方法(278)
11.4.1 碱金属热消融原理(278)
11.4.2 碱金属热消融法升温特性典型实验(280)
11.4.3 碱金属热疗剂量问题(285)
11.4.4 碱金属热消融法的发展态势(287)
11.5 肿瘤治疗中疗效与低价化矛盾的对立统一(288)
11.6 先进肿瘤治疗设备低价化前景展望(289)
参考文献(290)
第12章 肿瘤全身热疗学中的基础与应用问题(291)
12.1 导言(291)
12.2 体温升高与人体免疫力的关系(291)
12.3 肿瘤全身热疗研究概况(292)
12.4 体外循环加热式全身热疗方法(294)
12.5 典型全身热疗方法加热效果的理论评估(295)
12.5.1 理论模型(296)
12.5.2 模型求解(299)
12.5.3 典型算例及讨论(299)
12.6 血管介入加热式肿瘤全身热疗方法(303)
12.6.1 模拟测试平台(304)
12.6.2 加热探针加热能力试验评估(306)
12.6.3 探针热损伤及血流动力学参数测定(306)
12.6.4 血管介入式全身热疗升温性能评估(307)
12.6.5 血管介入加热探针加热能力理论评估(310)
12.7 血管介入式全身热疗方法动物实验研究(312)
12.7.1 实验材料和方法(312)
12.7.2 动物实验结果(314)
12.8 刻画全身热疗方法的房室理论模型(318)
12.8.1 数学模型(320)
12.8.2 体温调节控制系统(326)
12.8.3 求解方法(327)
12.8.4 计算结果分析(330)
12.9 全身热疗中的体温监测问题(335)
参考文献(342)
第13章 肿瘤纳米热疗学(346)
13.1 导言(346)
13.2 纳米肿瘤热疗学概况(346)
13.3 纳米热疗中的材料选择与输运问题(348)
13.4 磁性纳米颗粒及其产热特点(350)
13.5 磁性纳米颗粒的种类及其制作方法(352)
13.5.1 磁流体(353)
13.5.2 磁性脂质体(353)
13.5.3 磁性玻璃陶瓷纳米颗粒(354)
13.6 外加磁场的参数选择及热疗仪的设计(355)
13.7 肿瘤治疗效果评估(356)
13.8 纳米肿瘤热疗温度场预示(357)
13.9 基于纳米颗粒的射频适形治疗(360)
13.10 肿瘤纳米热疗法在体研究(361)
13.11 基于其他热诱发方式的纳米热疗方法(362)
13.11.1 近红外诱导的纳米热疗(362)
13.11.2 超声诱导的纳米热疗(364)
13.12 纳米热疗学中的基础科学问题(365)
参考文献(366)
第14章 肿瘤热疗过程的优化策略及高温损伤特性的定量评估(370)
14.1 导言(370)
14.2 肿瘤热疗中的温度监测及功率选择问题(370)
14.3 热疗参数优化及温度测定(372)
14.3.1 热疗参数选择(372)
14.3.2 温度场的无损监测(372)
14.4 定量刻画热损伤过程的速率理论(373)
14.5 速率系数确定(376)
14.6 定量刻画生物组织受热损伤度的熵产理论(377)
14.7 生物活体组织的熵产率控制方程(378)
参考文献(380)
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