9、低射频场条件下氧化铁纳米粒子发热的有限元建模及虚弱综合征患者物理应激源检测

低射频场条件下氧化铁纳米粒子发热的有限元建模及虚弱综合征患者物理应激源检测

1. 氧化铁纳米粒子发热建模研究

1.1 背景与应用

磁性纳米粒子（MNP）在诊断和治疗系统中有着广泛应用，如在磁共振成像（MRI）中作为造影剂，在磁热疗（MH）中作为磁致发热体。磁热疗是一种非侵入性癌症治疗方法，通过将磁性纳米粒子输送到肿瘤部位，再施加交变磁场，利用磁致发热杀死癌细胞。在磁热疗研究中，评估粒子效率的关键在于其在最小线圈功率下的磁致发热能力。然而，直接跟踪产生的热量并不实际，通常会跟踪温度上升情况，但温度变化受多种环境因素影响，这阻碍了准确的性能测试。因此，通过产生的热量而非粒子温度进行评估，能为系统性能提供更准确的数据。

1.2 理论基础

• 磁性特性 ：块状形式的铁氧化物是顺磁性材料，其多个磁畴排列混乱，磁性较弱。而尺寸小于100nm的铁氧化物粒子由单个磁畴组成，在特定条件下具有增强的磁性，属于超顺磁性粒子。
• 发热机制 ：超顺磁性粒子的磁致发热机制受两种物理现象影响，即奈尔弛豫和布朗弛豫。在奈尔弛豫中，粒子通过磁取向变化与磁力线对齐，导致磁损耗；在布朗弛豫中，粒子通过物理旋转与磁力线对齐，产生摩擦损耗。
• 线性响应理论（LRT） ：对于低频交变磁场，LRT在计算磁致发热方面表现高效。在LRT中，总影响称为有效弛豫时间（τ），可通过公式(\frac{1}{\tau}=\frac{1}{\tau_N}+\frac{1}{\tau_B})计算，其中(\tau_N)是奈尔弛豫时间，(\tau_B)是