微波輻射下細(xì)胞懸液溫度變化及其控制算法的研究.pdf

1、微波輻射熱效應(yīng)目前在醫(yī)學(xué)界得到廣泛應(yīng)用。其中包括利用微波熱效應(yīng)體外凈化自體外周血干細(xì)胞來(lái)治療白血病。微波輻射凈化法以安全、使用簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉等特點(diǎn)引起人們的廣泛研究和應(yīng)用興趣。但該方法目前仍存在較高的復(fù)發(fā)率,主要原因是對(duì)微波輻射凈化過(guò)程中細(xì)胞懸液的溫度變化和分布規(guī)律缺乏比較深入的了解,從而難以采取合理的方法對(duì)懸液中的溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)和控制,使得凈化率較低。解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確掌握懸液中的溫度變化和分布規(guī)律,并對(duì)其進(jìn)行有效控制:溫

2、度不夠高,腫瘤細(xì)胞損死亡率低,而溫度過(guò)高,正常細(xì)細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞一并被殺死,同樣達(dá)不到治愈效果。為此,本文基于傳熱模型理論和計(jì)算機(jī)技術(shù),比較深入地研究了微波輻射下細(xì)胞懸液中溫度的變化和分布規(guī)律,并進(jìn)一步研究了微波輻射下細(xì)胞懸液溫度變化的有效控制問(wèn)題,為微波輻射外周血干細(xì)胞體外凈化的實(shí)驗(yàn)和臨床應(yīng)用提供重要的理論基礎(chǔ),同時(shí)也為微波熱療在醫(yī)學(xué)的其他研究和應(yīng)用提供可參考的研究結(jié)果。
　　 本文主要完成以下工作:
　　 首先,基于M

3、axwell-Wagner等效介質(zhì)理論,在2450MHz微波輻射紅細(xì)胞懸液過(guò)程中,細(xì)胞懸液溫度在10-40℃范圍內(nèi),計(jì)算在不同細(xì)胞體積分?jǐn)?shù)取值條件下懸液的等效相對(duì)介電常數(shù)和等效電導(dǎo)率。為后續(xù)研究微波輻射下細(xì)胞懸液的溫度變化規(guī)律提供必要的理論基礎(chǔ)。
　　 其次,通過(guò)建立微波輻射下細(xì)胞懸液溫度分布的數(shù)學(xué)模型,并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算,研究了微波輻射下細(xì)胞懸液中的溫度值隨空間的分布規(guī)律。數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果表明:置于矩形波導(dǎo)中的細(xì)胞懸液在微波

4、輻射下,其溫度值隨空間分布極不均勻,且懸液表面溫度比內(nèi)部溫度高。
　　 接著進(jìn)一步研究了細(xì)胞體積分?jǐn)?shù)、微波輻射功率、懸液容積、表面對(duì)流換熱系數(shù)對(duì)微波輻射下細(xì)胞懸液溫度值變化和分布的影響。研究結(jié)果表明:在微波輻射細(xì)胞懸液過(guò)程中,可通過(guò)實(shí)時(shí)改變外加微波輻射功率來(lái)達(dá)到有效控制懸液溫度變化,提高凈化率的目的。
　　 最后,以傳統(tǒng)增量式PID控制算法為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了改進(jìn)型增量式PID控制算法。并模擬計(jì)算了微波輻射功率在該算法控制下得