热疗过程中皮肤组织的热力行为与温度调控机制

Both the rise of temperature and the thermal damage may cause the change of vascular morphology and blood perfusion during thermal therapy. Higher blood perfusion takes more heat away from the heated location hence accelerate the distribution of heat in tissue. Lower blood perfusion conduces to the deposition of heat in tissue and causes the thermal damage easily. Understanding the change mechanism of blood perfusion and biological mechanical behavior induced by temperature plays an important role in correctly evaluating the “quantity of heat” and temperature distribution. This project will study the dynamic behavior of in vivo vascular morphology in skin and develop the thermal stress and vascular morphology change under uneven temperature field. The capillaries and surrounding tissues are treated as pore-elastic media. The structure variation of pore structure of the skin is analyzed and the coupling relationship between temperature and biomechanical behavior considering the vascular micro structure and blood flow is studied. The research results help to reveal thermoregulation mechanism of skin.

热疗过程中组织的温升与热损伤均会引起血管形态的变化以及血液灌注的改变。大的血液灌注会从加热部位带走更多的热量，从而加速热量在组织内的分散；较小的血液灌注则有助于热量的沉积，容易导致组织的热损伤。理解血液灌注率变化机制及温变所诱发的生物力学行为，对提高热疗中“热量”确定和温度场估计的准确性有着重要意义。本项目将研究在体皮肤组织血管形态的动态变形特征，探究不均匀温度场引起的皮肤组织热应力及血管变形行为；将毛细血管及其周围组织视为弹性多孔体，分析皮肤组织孔隙结构的变化，研究在热刺激过程中，综合考虑血管微结构，血液流动等影响规律的生物力学行为与温度变化的耦合关系。研究结果为揭示热疗过程中皮肤的温度调节机制提供理论支持。

热疗过程中组织的温升会引起血管形态的变化以及血液灌注率的改变。理解血液灌注率变化机制及温变所诱发的生物力学行为，对提高热疗中“热量”确定和温度场估计的准确性有着重要意义。据此，项目的立论是围绕传热与力学对生物微观层面的基本问题而展开，揭示热激过程热量迁移与组织结构损伤耦合关系的热学机理。重点围绕热刺激下，血管舒张机理，生物组织的热物理性质，以及皮肤组织温度-结构相互耦合的关系进行研究。.为了研究热刺激下的血管舒张行为、血流量和传热的关系，建立了鼠背部皮窗加热实验台，获得了热刺激对血管管径和血流量的影响。建立以内皮调节为理论基础的热刺激血管动态舒张模型。通过模型的建立，获得NO，Ca2+等内皮调节因子在调节过程中的浓度分布，并进一步印证热刺激下的血管舒张行为是神经调节和内皮调节共同作用的结果。建立考虑血液灌注变化的生物传热模型，获得了热刺激下的温度变化规律。热刺激可促使血管灌注率的一系列动态变化，采用恒定血管灌注率对热疗过程中的温度进行预测，组织内部的温度将被过高的估计，影响热疗效果。在研究方法上，将数字图像相关技术应用于生物组织微观结构和生物传热的研究中，为相关研究开拓了新的思路。