人舌三维温度场实验的研究和数值模拟

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1、摘要本文是采用学科交叉的方法而进行的生物传热研究，讨论生物传热与传统医学舌诊理论的相关性。研究内容注重于人舌三维温度场的研究与数值计算。根据舌体真实形状建立舌体及其内部血管三维空间分布的物理模型，并将其转换成计算机能够识别的数字模型，通过数值模拟得到舌体三维温度场，在此基础上分析有关生物参数主要是血管对舌体三维传热的影响。本研究课题的前期工作是采用猪舌血管铸型模拟人舌而进行的数值计算与实验分析。本论文在取得计算经验方法的基础上直接进行人舌体温度场的数值模拟研究，这也是本论文的主要创新点。采用高新技术实验的方法既是科学研究可靠性的手段，

2、又是理论研究深入的基础。本文在熟悉国内外研究现状以及前期工作的基础上，采取新技术方法，获取相关的生物物性参数，以猪为有创实验对象，通过“造模”的方法测取了血液灌注率、动静脉血氧含量、舌体温度等。考虑到生物体组织导热系数的准确测定一直是生物传热研究的难点之一，文中尝试利用差示扫描量热仪间接获取生物体导热系数的方法；在测取血管铸型三维坐标方法方面采用了国家重点实验室天津大学精密仪器中心最新的专利技术，即光笔描记法三维坐标测量系统，这些新技术的采用为课题研究搭建了良好的实验平台。经研究发现，虽然猪与人在生理组织结构以及生物物性参数方面与人极

3、为相似，猪舌与人舌的结构特征也基本相似，但两者的血管铸型仍然存在一定的差别，主要表现为血管的分支的不同。本文所做得人舌三维温度场的数值计算结果与红外热像比较大致接近，证明了计算方法的可靠性。利用差示扫描量热仪进行的生物体导热系数测定研究，因受仪器实验样品较小的限制，所以被测样品的含水率、温度以及测试环境温度等多因素的影响，测试结果差别很大，证明用该方法测取生物体的导热系数不可行。论文对影响三维温度场的多种因素做了分析，得到一些有益的结论。需要指出的是，依据实际的人舌物理模型和实际的传热过程而进行的三维温度场数值模拟难度较大，传热机制也

4、比较复杂。本文在此方面作了初步尝试，计算结果的精度尚有待于进一步的提高或改进。本论文课题是国家自然科学基金(54076067)资助项目。关键词：生物传热中医舌诊人舌三维温度场红外热像ABSTRACTTheinterdisciplinarywayisadoptedinthispaperfortheresearchonbio—heattransferandthecorrelationsbetweenbio-heattransferandTCM(TraditionalChineseMedicine)theoriesisdiscussed．T

5、heorientationofthisarticleismainlythenumericalcalculationresearchon3Dtemperaturefieldandofhumantongue．Thephysicalmodeloftonguebuiltaccordingtoitsrealshapeandinside—bloods’distributionhasbeentransferredintothenumericalmodelwhichcanbeidentifiedbycomputer,andthenthe3Dtempe

6、raturefieldcanbegetthroughnumericalsimulation，andbasedonwhichsomerelevantbio-parametersprincipallythebloodthatmighteffectthefieldareanalyzed．Therecedingcalculationsandexperimentanalysesinthissubjectarebuiltonthebloodeastofpigtongue．Inthispaperthebloodcastofhumantongueis

7、takenastheobjcclwhichisamaininnovation．Advancedtechnologybeingadoptedinexperimentandtheoryresearchnotonlyawaythatmakesthemscientifically,alsomakesthemdeeply-Basedonknowledgeofexistingresearchstatesandrecedingjobsanewtechnologyislead—intogettherelevantbio—parameters．Pigi

8、stakenastheinvasiveexperimentobjecttomeasurebloodperfusion，bloodoxygencontentofarteryandvein,andtonguetemperat