微血管疾病是糖尿病及其多种慢性并发症的启动因素之一。微血管病变常常出现在糖尿病的发病初期并贯穿在糖尿病的发展过程中,微血管发生病变后大血管和其他器官的健康也会受到影响,因此微血管病变的检测对糖尿病及其并发症的早期发现有重要作用。为了探究糖尿病微血管病变热检测方法的机理,本文围绕与这一机理相关的流动-传热-传质多场耦合问题,展开了理论分析、数值模拟以及实验检测,主要包括如下几方面内容:1.微血管病变对人体体温调节影响的模拟分析。发展和完善了多尺度的人体热调节模型,利用该模型对糖尿病患者运动热应力下的体温调节障碍进行了模拟分析。模拟结果表明最大发汗散热率减小和发汗速率下降导致皮肤温度、核心温度均比正常情况下升高加快;而当皮肤血流调节发生障碍时,皮肤血流量及增加速度的减小会造成核心热量向皮肤输送减慢、温度升高加快,而皮肤温度升高则会比正常情况减慢。2.小动脉内皮调节反应及振荡机理的模型研究。基于连续介质假设,发展了小动脉内皮舒张调节模型,将内皮调节过程描述为NO浓度、Ca2+浓度、磷酸化肌球蛋白浓度和血管管径变化的相互作用过程。利用该模型模拟了血流量变化引起的血管调节反应过程,结果表明,管壁NO浓度和血管管径均经过周期性的衰减振荡后过渡到新平衡态;通过对模型进行系统稳定性分析,本文认为内皮调节对血管壁面剪切力的反馈控制可能是引起血管内皮性自发振荡的原因。3.微血管病变对皮肤温度波动影响的模型分析。利用浸入边界法建立了毛细血管网和多孔介质周围组织的流动-传热三维耦合模型,模拟了皮下血流脉动对皮肤温度波动的影响,并对热波传播过程的衰减和相位滞后特征进行了分析。结果表明,皮肤温度波动幅值相对于血流波动信号在低频段衰减较慢、高频段衰减较快,相位差则随着频率的增加而增大。上游入口血流减少和血管网连通性受损会使皮肤温度波动幅值减小、相位差增大。4.糖尿病皮肤微血管病变热检测方法的实验验证。通过实验获取了手指皮肤LDF(laser doppler flowmetry,激光多普勒血流仪)和温度信号,并采用小波分析技术对信号进行了时频分析。首先验证了手指皮肤LDF信号的波动特征;然后验证了手指皮肤血流和温度具有较高的相关性,同时血流波动在低频段上与皮肤温度波动有一定相关性;之后,进一步比较了人体不同部位皮肤温度波动对热刺激变化的敏感性,发现脚趾皮肤温度波动对热刺激变化非常敏感,是潜在的进行糖尿病微血管病变检测的有效部位。此外还进行了糖尿病大鼠造模和大鼠后爪LDF和温度信号分析,发现大鼠末梢皮肤微血管具有与人类似的主动调节活动,但其心跳、呼吸以及肌源性、神经和内皮活动的特征频率约为人的4～6倍;在反应性充血和局部加热实验中,糖尿病大鼠的皮肤温度波动幅值变化与对照组差异明显,反映出处于糖尿病早期或有高血糖症的大鼠出现了一定程度的微血管损伤。最后基于MATLAB环境开发了用于信号小波时频分析和微血管调节功能评价的应用软件。