低温治疗具有微创、治疗成本低、治疗后不易复发等优点,目前在肿瘤及其他部分病症的临床治疗上得到广泛应用。低温治疗通过使病变组织细胞在低温下失去活性,从而达到治疗目的。目前关于低温治疗的学术研究对于实际手术过程的指导意义大多停留在定性分析方面,对于其温度场的变化预测,缺少简便而准确的计算方法。本文针对目前最常用的点冷源式冷刀探针,以移动热源法和球坐标为基础,提出了一种简单快速的生物组织温度场预测算法。本文的主要工作如下:(1)探讨了Pennes传热模型中代谢产热和血液灌注率的温度依赖特性及生物组织热容与导热系数与温度的关系。在一定简化的基础上,通过引入移动热源法处理相变潜热,提出了在球坐标下的生物导热微分方程。(2)基于球坐标下的生物导热微分方程,分别提出了稳态和瞬态下的预测算法。通过带入稳态边界条件,推导出稳态下含有未知参数冻结半径的生物组织温度场预测式,之后带入相变交界面处的热平衡方程最终推导出冻结半径的解析式,进而得到完整的稳态温度场预测算法。将稳态算法结果作为瞬态算法推导的终末条件,并通过建立相变边界层的热平衡关系式等获得瞬态下的预测算法。最后给出了瞬态算法中根据不同冷刀探针降温速率校正降温系数的方法。(3)通过对低温治疗的冻结过程进行了温度场的稳态数值模拟,探讨了预测算法的适用性和准确性。首先模拟了冷源在生物组织内不同深度的温度场分布情况,研究组织表面和空气的对流换热对温度场的影响程度。之后模拟了在球对称前提下的温度场分布情况,并与预测算法的预测结果进行对比分析,研究预测算法中各种简化对结果的总体影响程度。(4)进行了生物组织的离体冻结实验,通过实验获得了冻结过程中生物组织各测温点的温度随时间变化的数据,并和预测算法的稳态和瞬态预测结果进行对比,从而验证算法的准确性和可靠性。通过使罐内压力稳定在0.04MPa和0.08MPa,进行了两种降温速率的冷刀探针的冻结实验。之后将实验结果和预测结果进行对比分析,验证预测试对实际情况的预测准确程度。(5)通过程序代码编译将预测算法实现为用于计算机的窗口化软件。通过讨论软件需求,将程序功能划分为主系统、稳态预测系统和瞬态预测系统,并列出各个系统的思路流程图,随后讨论了软件实现各功能对应的预测计算的关键代码的实现途径,最后研究了软件的出错处理问题,使程序可以安全稳定运行。通过对低温治疗预测软件的编写,从根本上实现了从理论分析到实际应用的结合,为低温治疗工作者提供了一个易于使用的预测窗体软件,也为之后的软件功能完善提供了基本框架。