激光热疗是多种眼底视网膜疾病的首选疗法。然而，激光参数选取不当造成的感光细胞损伤概率可达50%以上。构建准确的全眼三维传热模型可为临床医生选取激光参数提供依据。为此，本团队基于真实眼球结构建立了全眼宏观传热模型，通过数值模拟分析了人眼外部环境、眼前部组织吸收和脉络膜血流灌注对激光手术过程中眼底温度分布的影响。结果显示：角膜与环境间的对流换热会导致眼球温度发生变化，但对眼底手术的影响较小；在临床常用的450～900 nm波段内，不考虑眼前部组织对激光能量的吸收时，眼底各层温升误差可达24%；脉络膜血流灌注项对激光手术中眼球温度分布的影响主要取决于脉宽，经瞳孔温热疗法下考虑和忽略脉络膜血流灌注效应时眼底温升分别为11.54 ℃和21.15 ℃，计算误差可达83%。

在对活体生物组织有强吸收的激光辐射热疗领域，理论研究对理解治疗过程具有不可替代的作用。由于激光源的激发时间相对于组织平衡时间非常短，因此非傅里叶模型在理论研究中越来越重要。目前，恒定热流被认为是一个独立于时间的物理量，根据该物理量得到的结论与现有文献中的实验结果不一致。本文基于恒定热流随时间的变化，建立了修正的非傅里叶边界条件，并应用积分变换方法获得解析解。与文献中已有的结果相比，当前修正模型得到的温升和温度分布曲线与文献中的实验结果一致。本文认为基于时间无关的非傅里叶边界条件是不符合热平衡的。进一步，在修正的非傅里叶边界条件下，本文讨论了单相滞后模型(SPLM)和两相滞后模型(DPLM)的不同传热机理及其与现有描述的不同。

针对微波连续加热造成生物组织温升过高而损伤正常组织，提出计算机编码的脉冲调制微波辐照生物组织，有效控制加热区域内的温度分布.采用红外热成像的方式观察分层仿生体模中各层的温度分布，分析讨论脉冲调制微波占空比、频率和功率对生物组织加热区域内温度分布的影响.结果表明，采用提高脉冲调制微波占空比和功率或在一定范围内改变调制脉冲频率的方式来提高生物组织加热区域内的热效应.该方法将为肿瘤微波热疗提供新的有效加热方式和途径.

激光诱导间质热疗疗效评估的前提是必须获得准确的激光在不同功率、不同照射时间的生物组织温度场分布.利用多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics构建了在组织光学参量不变情况下的三维有限元传热模型.该模型基于Pennes生物传热方程和轴对称高斯形状的激光光束热源方程，参量针对离体猪肝组织，考虑到了生物组织热物性密度、比热和热导率随温度变化的情况.仿真获得激光功率为0.77 W、0.95 W、1.23 W，照射时间为10~90 s，径向距离0~2 mm范围和轴向距离0~4 mm范围的温度场数据集.利用拟合算法，获得了自变量为激光功率、照射时间、径向距离和轴向距离的生物组织温度场分布模型.将功率为0.88 W和1.05 W时的结果与Pennes方程结果相比较，两者误差在5%以内.

建立了描述温控加热方式下激光诱导肿瘤间质热疗过程中动态光热作用的二维圆柱坐标下的数学模型,采用基于网格的蒙特卡罗方法数值模拟热疗过程中激光能量在非均质生物组织内的传输过程,基于Pennes生物传热方程和Arrhenius方程数值求解组织内的温度场和热损伤体积的变化.通过数值模拟的方法分析了激光波长、激光功率、温控范围等因素对激光诱导肿瘤间质热疗中热损伤体积的影响.数值模拟的结果表明,通过选择合适的治疗参数,可以得到各种不同大小的热疗区域.本文的结果和结论对于临床治疗方案的制定具有一定的理论指导意义.

强激光作用于生物组织时会产生气化、碳化和熔融等相变热效应,并对组织造成热损伤,据此提出了包含碳化层和生物组织层双层结构、具有两个相间移动边界的激光与生物组织热相互作用数学模型。对数学模型进行了数值求解,得出了组织内部的温度分布,相间边界的温度,相间边界移动速度及碳化层厚度等参数的变化规律,并探讨了它们与激光强度之间的相互关系等问题。数值模拟表明,该光热作用过程分为两个不同阶段

基于肿瘤组织与正常生物组织物理特性的差别，建立了激光诱导间质肿瘤热疗(LITT)中的双层组织结构模型，采用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法模拟组织中的能量传输，并根据Pennes生物传热方程确定组织中的温度变化规律，预测肿瘤凝固所需要的时间和热损伤区域的大小。