摘要：自激光器发明以来，人们发现大功率激光可用于手术的止血和切割，而低功率激光可用于组织焊接。国外使用激光加热技术开展了外周神经组织、血管、胆管、输卵管、皮肤等方面的焊接吻合试验；国内也开展了采用激光焊接吻合胆管、小肠、皮肤的动物实验。都取得了初步的成功。

课题针对生物组织激光焊接问题，建立激光焊接生物组织过程有限元模型，通过仿真研究不同激光波长、激光功率、斑点尺寸、激光扫描方式在生物组织内部产生的温度场特性，获得组织内部温度场分布、激光入射深度与激光波长组合、激光输出方式组合之间的关系，为激光焊接生物组织工艺试验研究提供指导。

关键词  生物组织激光焊 有限元模拟 温度场

毕业设计说明书外文摘要

Title    Finite element simulation of temperature field of biological tissue laser welding                          

Abstract：Since the invention of the laser, it has been found that high power lasers can be used for hemostasis and cutting of surgery, while low power lasers can be used for tissue welding. Foreign use of laser heating technology to carry out peripheral nerve tissue, blood vessels, bile duct, fallopian tube, skin and other aspects of the welding anastomosis test; domestic also carried out by laser welding anastomosis bile duct, small intestine, skin animal experiments. Have achieved initial success.

In this paper, the finite element model of laser welding biological tissue process was established. The temperature field characteristics of different wavelengths, laser power, spot size and laser scanning were used to obtain the internal temperature field distribution , The relationship between the laser incident depth and the laser wavelength combination, and the combination of the laser output modes, and provide guidance for the experimental study of the laser welding biological tissue process.

Keywords  Biological tissue laser welding，Finite element simulation，Temperature Field

目   次

1 绪论 2

1.1生物组织激光焊接技术 2

1.2生物结构激光焊接技术国内外研究概况 2

1.3 生物结构焊接数值模拟 3

2 生物结构特性与热传输理论 3

2.1皮肤结构 4

2.2 生物结构的热物理性能 4

2.3生物结构的热传输方程 5

3 生物结构激光焊接的数值模拟 5

3.1 ANSYS中有限元法的数值求解步骤 6

3.1.1 确定分析类型 6

3.1.2定义单元类型 7

3.1.3定义材料属性 7

3.1.4皮肤结构建模 8

3.1.5网格划分 9

3.1.6确定热分析类型 10

3.1.7定义激光参数 11

3.1.8定义及加载高斯函数 11

3.2有限元模拟结果分析 14

3.2.1 激光功率变化引起的组织温度响应 14

3.2.2 激光光斑尺寸变化引起的组织温度响应 17

3.2.3 热源移动速度变化引起的组织温度响应 20

4结论 23

1 绪论

1.1 生物组织激光焊接技术

随着医学的发展，生物组织激光焊接技术逐渐走进大众的视野，过去很长的一段时间，外科医生使用缝合技术来修复手术伤口，重建结构接连，但是这种缝合方式容易造成结构感染，抑制结构的愈合过程，生物结构激光焊接技术应用而生。大功率的激光，可以用于手术切割和止血，而小功率的激光可以用于结构焊接。

激光结构焊接技术通过激光能量诱发被接连结构的分子结构发生热改变，从而达到焊接结构的目的。激光焊接结构的确切机理仍不十分清楚，但多数学者认为激光束携带的能量被结构吸收后，结构内的胶原或蛋白发生可逆性疏松，当激光照射离去后，断缘或符合口内的胶原或蛋白再次交联、融合，迅速形成新的接连，使结构符合口或断缘呈“愈合”形态。多数学者发现各种结构的焊接处有凝固坏死现象，认为巩固的结构焊接并不是由于胶原的物理粘舍，而是激光热效应使两断端结构的纤维蛋白单体和胶原纤维变性，导致纤维蛋白多聚及胶原纤维粘并。另外激光的光能也有利于结构修复。有效的焊接靠两断端结构的直接紧凑对合。