皮肤表面热烧伤温度场的数值模拟
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中国组织工程研究 ７９誊 ２９力 ２０１５—０７—０９出版
ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｉｓｓｕｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈ Ｊｕ｜ｙ ９ ２０１５ Ｖｏ１１９ Ｎｏ ２ｇ ．
皮肤表面热烧伤温度场的数值模拟
ＷＷＷ ＣＲＴＥＲ．ｏｒｇ ．
朱晓明’，胡志刚’～，刘竞达。（河南科技大学，’机电工程 学院， 医学技 术与工程学院 ，
，
，
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ ４７１ ００３，Ｈｅｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ； Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍ ｅｄｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ ４７１ ００３，Ｈｅｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ；
一 致，但 并未 完全 重合 。提 示该有 限元 模型 可 以用 来 预测 皮肤 组织 的烧伤 范 围。
稿件接受：２０１５—０５－２６
ｈｔｔｐ：／／Ｗ Ｗ Ｗ．ｃｒｔｅｒ．ｏｒｇ
朱晓 明 ．胡志刚 ．史ｑ竞达 。皮 肤表 面热烧 伤温 麦场 的数 僮模 拟 中 国组 织Ｉ 程研 究 ．２０１５．１９ｌ２ ：４６６２－４６６６
河南省 舞 阳县 人 ，汉 族 ， ２０１５ 年 河 南 科 技 大 学 毕 业 ，硕 士 ，主 要 从 事生 物 医学工程 相 关研 究 。
主题词 ： 皮肤 ：烧伤 ：温受 ：有 碾元 分析
摘 要 背 景 ：研究 认为 当生物 组织 的温 度 高于 ４４ ℃时会 发生 热损 伤 ，准确 地预 测烧 伤范 围 ，可 以为烧伤 的诊断 和 治 疗提 供很 大帮助 。
。Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ，
Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００１，Ｈｅｎａ来自 Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ ＢＡＣＫＧＲＯＵＮＤ：Ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ ｓｕｇｇｅｓｔ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｍ ａｌ ｄａｍ ａｇｅ ｈａｐｐｅｎｓ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｔｉｓｓｕｅｓ ｉｓ ｏｖｅｒ ４４ 。Ｃ．Ａｃｃｕｒａｔｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｂｕｒｎ ｒａｎｇｅ ｗｉｌｌ ｆａｃｉｌｉｔａｔｅ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ａｎｄ ｔｈｅｒａｐｙ ｏｆ ｓｋｉｎ ｂｕｍ ｓ．
通讯 作者 ：胡志 刚，博 士 ， 教授 ，研 究生 导 师 ，河 南
科技 大学机 电工程 学院 ， 河 南省洛 阳市 ４７１００３； 河 南科 技 大 学 医学技 术 与 工程 学 院，河 南省 洛 阳市
４７１００３
目的 ：建立 皮肤组 织热烧 伤 的数学 模型 ，分 析烧伤 过 程 中的温度 变化 规律 ，预 测其烧 伤范 围 。
河 南省 洛 阳市
４７１００３；。郑 州 大学 电气工程 学
院 ，河 南省 郑州 市 ４５０００１１
文章 亮 点：
准确 分析 皮肤 组织 在热损 伤过 程 中的温度 场传 热规 律有 助于对 皮肤 烧伤 的快 速诊 断和 治疗 。文章 通过 应用有 朱晓明 ，女 ，１９８８年 生 ，
限元 法对 皮肤 组织 在烧伤 过程 中 的温度 场情况 进行 了数 值模拟 ，并利 用 自行 设计 的基于 铂 电阻 ＰＴ１００的皮 肤 组织表 面温 度场 测量 系统进 行 了相 关的动 物实 验 ，发现在 动物 实验 中温 度场 分布 与数 学模 型基本 一致 。 关键 词 ： 组织 构 建 ：缓织 Ｉ程 ：安获 ：烧 伤 ：温安 场 ：有 限元法
方法：建立皮肤有限元模型，对皮肤组织在烧伤过程中的温度场进行数值模拟，得出了皮肤组织的瞬态温度
：。侣
分 布 ，同时用 新鲜 带皮 猪 肉进 行 了烧伤 后温 度测 量实 验 ，将 数值 计算 结果 与实 验结 果进行 对 比 。
文章编号：２０ｇ５－４３４４
结 果与 结论 ：利用 有 限元法 分 析得 出皮肤 组 织 的温 度 分布 情况 ，发 现理 论数 值和 实验 数值 温度 变化 趋势 基本 （２０１５）２９．０４６６２．０５
ＯＢＪＥＣＴＩＶＥ：Ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａＩ ｍｏｄｅＩ ｏｆ ｔｈｅ ｓｋｉｎ ｔｉｓｓｕｅｓ ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ Ｉｏ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｏ
ａｎａｌｙｚｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｏ ｐｒｅｄｉｃｔ ｔｈｅ ｂｕｒｎ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｋｉｎ． Ｍ ＥＴＨＯＤＳ：Ａ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｉｍ ｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｆ ｉｅｌｄ ｗｈｅｎ ｌｈｅ ｓｋｉｎ ｔｉｓｓｕｅ ｗａｓ ｂｕｒｎｅｄ Ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ａｎｉｍ ａｌ ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｔｏ ｉｄｅｎｔｉｆｙ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅ１． ＲＥＳＵＬＴＳ ＡＮＤ ＣＯＮＣＬＵＳｌＯＮ：Ｔｈｅ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｆ ｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍ ｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｄａｔａ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ ｗｅｒｅ ａｇｒｅｅｄ。ｂｕｔ ｔｈｅｙ ｄｉｄ ｎｏｔ ｆｕｌｌｙ ｃｏｉｎｃｉｄｅ．Ｔｈｅ ｓｃｏｐｅ ｏｆ ｓｋｉｎ ｂｕｒｎ ｃａｎ ｂｅ ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｆ ｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍ ｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｈｅｌｐ ｔｏ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ．
ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．２０９５—４３４４．２０１５．２９．０１４
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ａ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｓｋｉｎ ｔｉｓｓｕｅｓ ｅｘｐｏｓｅｄ ｔｏ ｈｉｇｈ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ
Ｚｈｕ Ｘｉａｏ．ｍｉｎｇ’Ｈｕ Ｚｈｉ．ｇａｎｇ ２ Ｌｉｕ Ｊｉｎｇ．ｄａ。（￣Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ
ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｉｓｓｕｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈ Ｊｕ｜ｙ ９ ２０１５ Ｖｏ１１９ Ｎｏ ２ｇ ．
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朱晓明’，胡志刚’～，刘竞达。（河南科技大学，’机电工程 学院， 医学技 术与工程学院 ，
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一 致，但 并未 完全 重合 。提 示该有 限元 模型 可 以用 来 预测 皮肤 组织 的烧伤 范 围。
稿件接受：２０１５—０５－２６
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朱晓 明 ．胡志刚 ．史ｑ竞达 。皮 肤表 面热烧 伤温 麦场 的数 僮模 拟 中 国组 织Ｉ 程研 究 ．２０１５．１９ｌ２ ：４６６２－４６６６
河南省 舞 阳县 人 ，汉 族 ， ２０１５ 年 河 南 科 技 大 学 毕 业 ，硕 士 ，主 要 从 事生 物 医学工程 相 关研 究 。
主题词 ： 皮肤 ：烧伤 ：温受 ：有 碾元 分析
摘 要 背 景 ：研究 认为 当生物 组织 的温 度 高于 ４４ ℃时会 发生 热损 伤 ，准确 地预 测烧 伤范 围 ，可 以为烧伤 的诊断 和 治 疗提 供很 大帮助 。
。Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ，
Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００１，Ｈｅｎａ来自 Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ ＢＡＣＫＧＲＯＵＮＤ：Ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ ｓｕｇｇｅｓｔ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｍ ａｌ ｄａｍ ａｇｅ ｈａｐｐｅｎｓ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｔｉｓｓｕｅｓ ｉｓ ｏｖｅｒ ４４ 。Ｃ．Ａｃｃｕｒａｔｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｂｕｒｎ ｒａｎｇｅ ｗｉｌｌ ｆａｃｉｌｉｔａｔｅ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ａｎｄ ｔｈｅｒａｐｙ ｏｆ ｓｋｉｎ ｂｕｍ ｓ．
通讯 作者 ：胡志 刚，博 士 ， 教授 ，研 究生 导 师 ，河 南
科技 大学机 电工程 学院 ， 河 南省洛 阳市 ４７１００３； 河 南科 技 大 学 医学技 术 与 工程 学 院，河 南省 洛 阳市
４７１００３
目的 ：建立 皮肤组 织热烧 伤 的数学 模型 ，分 析烧伤 过 程 中的温度 变化 规律 ，预 测其烧 伤范 围 。
河 南省 洛 阳市
４７１００３；。郑 州 大学 电气工程 学
院 ，河 南省 郑州 市 ４５０００１１
文章 亮 点：
准确 分析 皮肤 组织 在热损 伤过 程 中的温度 场传 热规 律有 助于对 皮肤 烧伤 的快 速诊 断和 治疗 。文章 通过 应用有 朱晓明 ，女 ，１９８８年 生 ，
限元 法对 皮肤 组织 在烧伤 过程 中 的温度 场情况 进行 了数 值模拟 ，并利 用 自行 设计 的基于 铂 电阻 ＰＴ１００的皮 肤 组织表 面温 度场 测量 系统进 行 了相 关的动 物实 验 ，发现在 动物 实验 中温 度场 分布 与数 学模 型基本 一致 。 关键 词 ： 组织 构 建 ：缓织 Ｉ程 ：安获 ：烧 伤 ：温安 场 ：有 限元法
方法：建立皮肤有限元模型，对皮肤组织在烧伤过程中的温度场进行数值模拟，得出了皮肤组织的瞬态温度
：。侣
分 布 ，同时用 新鲜 带皮 猪 肉进 行 了烧伤 后温 度测 量实 验 ，将 数值 计算 结果 与实 验结 果进行 对 比 。
文章编号：２０ｇ５－４３４４
结 果与 结论 ：利用 有 限元法 分 析得 出皮肤 组 织 的温 度 分布 情况 ，发 现理 论数 值和 实验 数值 温度 变化 趋势 基本 （２０１５）２９．０４６６２．０５
ＯＢＪＥＣＴＩＶＥ：Ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａＩ ｍｏｄｅＩ ｏｆ ｔｈｅ ｓｋｉｎ ｔｉｓｓｕｅｓ ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ Ｉｏ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｏ
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ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．２０９５—４３４４．２０１５．２９．０１４
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ａ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｓｋｉｎ ｔｉｓｓｕｅｓ ｅｘｐｏｓｅｄ ｔｏ ｈｉｇｈ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ
Ｚｈｕ Ｘｉａｏ．ｍｉｎｇ’Ｈｕ Ｚｈｉ．ｇａｎｇ ２ Ｌｉｕ Ｊｉｎｇ．ｄａ。（￣Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ