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本文在XFDTD软件环境下,利用电磁场时域有限差分(FDTD)方法对所需的横电磁波(TEM)小室和T25培养瓶进行建模。计算出T25培养瓶中细胞培养液在不同位置的SAR值分布,根据所得到的SAR值编制程序计算细胞培养液的温度变化。
首先,建立了分辨率为1mm的TEM小室模型,在TEM小室的两端分别加上900MHz的正弦波激励源和50W阻抗,通过计算得出TEM小室的灰度可视图和输入阻抗,并对结果进行验证。然后,建立了分辨率为0.25mm的T25培养瓶模型,在培养瓶中装入细胞培养液,再将T25培养瓶放入TEM小室中,使T25培养瓶与TEM小室的中隔板相平行,并将小室中隔板以上的小室内部空间均匀的分成五个部分,T25培养瓶在这五个位置分别接受900MHz的正弦波照射,得出不同位置培养液的灰度可视图,输入功率和SAR文件等一系列的数据。接下来编制MATLAB程序提取不同位置的SAR文件中的数组,根据数组所确定的坐标以及每个坐标所对应的SAR值,绘出培养瓶在不同位置所对应的SAR值图形,并算出在不同位置的均值和标准偏差。最后,基于生物热传导方程和标准差最小处的SAR值编写输入功率为1W的温度升高程序,绘制出温度升高曲线和温度分布图,同时研究当输入功率为0.8W、0.6W、0.4W和0.2W时,温度是如何随时间变化的。
通过计算结果我们发现距离TEM小室中隔板的距离越近,培养液的SAR值越大。其最大值出现在细胞液表层,均值为3.8226e-4W/kg。这是由于细胞液表层吸收的能量更多。温度升高在8min后达到稳定。不同入射功率与最大温度升高基本满足线性关系。在最大温升为0.1℃时所允许的最大输入功率为0.59W。对于超过0.59W的入射功率我们要限定照射时间。