非傅里叶热流边界条件对激光辐照生物组织热传导影响的研究

• 作者: 许光映 薛大文 王晋宝
• 来源期刊: 中国激光
• 关键词: 生物技术 非傅里叶生物导热 DPL非傅里叶边界条件 热波动 拉普拉斯变换
• 年，卷（期）: 2020,（12）
• 所属期刊栏目: 生物医学光子学与激光医学|Biomedical Photonics and Laser Medicine
• 页码范围: 290-299
• 页数: 10页
• 分类号: TK124
• 语种: 中文
• DOI: 10.3788/CJL202047.1207003

摘要

双相滞(DPL)非傅里叶导热模型能够反映脉冲激光与生物组织瞬态作用过程,但在很多运用DPL模型对生物组织传热机制进行研究的文献中,既有应用傅里叶边界条件也有应用非傅里叶边界条件,得出的很多传热机制结论是相互矛盾的.运用DPL非傅里叶模型控制方程,导出了非傅里叶和傅里叶边界条件,并利用积分变换及拉普拉斯变换法,分别给出了非傅里叶和傅里叶边界条件问题的解析解.以皮肤生物组织作为算例,计算结果表明,在非傅里叶控制方程条件下,基于非傅里叶边界条件预测的组织内的温度分布符合能量守恒定律,而基于傅里叶边界条件预测的组织内的温度分布则不符合能量守恒定律.非傅里叶边界条件下所得的温升幅值和温度的变化速率与傅里叶边界条件下所得的结论相反.采用傅里叶边界条件,对应的热损伤明显低于非傅里叶边界条件热损伤且过于保守.最后从能量守恒角度指出,DPL非傅里叶边界条件就是边界的DPL型能量守恒方程,傅里叶边界条件是傅里叶模型的能量守恒方程.傅里叶生物传热控制方程应与傅里叶型边界条件相配合,而DPL非傅里叶生物传热方程应与非傅里叶边界条件相配合.