相比于激光焊接工程材料，生物结构激光焊接同样依赖于激光和生物结构的光热作用、光化作用、机械作用和电磁场作用，不同的是增添了激光的生物刺激作用。其中，最主要的作用是激光与皮肤的光热作用，为了使激光造成热效应的同时，最大程度减轻结构损害，人们进行了很多理论和实践的的探索。发现通过适当改变激光的参数（如激光频率，激光功率，光斑直径，扫描方式等），可以达到较好的焊接形态。

1.2生物结构激光焊接技术国内外研究概况

Fischer和Beggs等在外周神经(坐骨神经)表明了激光神经符合术的可能性。冯云海等做了豚鼠面神经切断后外科常规缝合符合术加CO2激光辐射符合术对面神经修复的作用。 对于胆总管激光焊接的研究，赵红亮等用输出功率为600 mV的低功率CO2激光对40只大鼠的胆总管进行了焊接研究。激光焊接胆总管初步的实践结果，显现了激光焊接较传统的缝线符合的优越性，但也暴露了胆管符合口早期张力低和热损害等不足，其结果使单一焊接出现了一定数目的胆漏和胆管狭窄。李仲荣等开展了CO2激光焊接兔小肠实践。结果表明激光肠管结构焊接作为新型的无缝线外科符合技术，无缝线、无异物，没有缝针损害和缝线残留，炎症反应较轻，减轻了疤痕和感染机会，有潜伏临床应用价值。 刘铜军等开展了激光焊接人体皮肤切口的研究，对17例不同病例的人体皮肤切口进行CO2激光焊接，并随机选择皮内缝合和结节缝合各5例修复的人体切口作对比，术后观察皮肤切口愈合情况。结果显现激光焊接皮肤法优于皮内缝合及结节缝合法，激光焊接法修复的皮肤愈合快、切线痕迹细、平整、瘢痕不明显。

总之，生物结构的激光焊接与传统的丝线缝合相比较，其优越性是明显的。现皮肤的激光焊接已广泛应用于临床，其它结构的激光焊接研究取得了很大的进展，如何提高激光焊接符合早期张力和减轻热损害是目前世界上该领域面对的严厉问题。

1.3 生物结构焊接数值模拟

生物结构自身结构的复杂性以及物理性质的不确定性（个体化差异），促使求解生物结构的热传达方程变得反常难题，通常情况下难以得到解析结果，因此逐渐发展了很多算法来预计结构的热响应，譬如有格林函数法（Green’s Function），有限差分法（Finite Difference Technique，FDT）和有限元法元法（Finite Element Method，FEM）等等。FEM算法相对简易，该算法对问题的几何形状不作要求，即可以计算任意的几何形状，应用范围也很广泛。有时候为下降计算的难度，很多问题仅仅计算一维或二维情况或者省去了血液灌流项。

2 生物结构特性与热传输理论

   生物结构结构复杂，不是各向同性的均匀介质，也不同于一般工程材料热量通过唯一热传达进行，特别是生物结构特有的血液循环和体液循环中既有热量传达又有质量传达，使生物结构热传达更加复杂。

2.1皮肤结构

简化结构，皮肤可由角质层、表皮层、真皮层、皮下结构四部分组成，如图2.1。角质层是皮肤的最外层部分，主要由5~10层扁平、无细胞核的死亡细胞组成，主要作用是保护皮下结构；表皮是皮上结构，包括了10多层细胞，与外界接触最多，但其厚度只有普通纸那么薄，最厚处不过0.2mm；真皮位于表皮下层，其内细胞很少，主要由结缔结构构成，包括胶原纤维、弹性纤维和网状纤维和无定型基质等，厚度约为表皮的10倍，与表皮分界明显；皮下结构位于真皮下，皮下结构由大量脂肪结构分散于输送的结缔结构中而构成，厚度约为真皮层的5倍，但两者之间无明显分界。