Анализ современного применения лазерных технологий в медицине. Разработка тепловой модели лазерного взаимодействия с биологическими структурами. Исследование влияния различных параметров лазера на режим обработки биотканей (дентин и эмаль зуба).
Аннотация к работе
Разработка модели взаимодействия лазерного излучения с биологическими тканямиВсе процессы взаимодействия лазерного излучения с биологическими объектами в зависимости от плотности мощности и времени воздействия делят на три группы [1-4]: лазерный медицина биологический дентин эмаль зуб Важнейшими параметрами лазера, определяющего режим обработки и степень теплового воздействия, являются: режим облучения (непрерывный или импульсный), время и распределение плотности мощность по сечению лазерного луча, а так же длина волны, которая определяет интенсивность поглощения излучения биотканью. Распределение температуры в твердом теле описывается уравнением теплопроводности, которое для анизотропного случая будет иметь вид [5]: , (1) где с - удельная теплопроводность; - плотность; Т - температура в структуре; t - время; - оператор Набла; - коэффициент теплопроводности; q - плотность мощности источника тепла. Затухание лазерного луча за счет поглощения и рассеивания его энергии биологическим телом, которое является оптически мутной средой, происходит по экспоненциальному закону и описывается законом Бугера - Ламберта - Бера для серых тел [5,6]: , (5) где - плотность мощности лазерного луча с учетом затухания; - плотность мощность лазерного луча; R - коэффициент отражения; - коэффициент экстинкции, состоящий из поглощательной способности среды - и коэффициента рассеивания - [6]; y - координата направленная вглубь материала от обрабатываемой поверхности. Нестационарное уравнение теплопроводности (1) для двумерного случая будет иметь следующий вид: , (6) с граничными условиями третьего рода (4) для поверхности с учетом уравнения Фурье [2] будут иметь вид: , (7) граничными условиями первого рода для внутренних областей , которые имеют вид: , (8) и начальными условиями, описываемыми следующим выражением: , (9)Разработанная модель и программное обеспечение учитывает следующие особенности взаимодействия лазерного излучения и биотканями: - сложную многослойную структуру биотканей; Данная модель положена в основу программного обеспечения, для проведения численных экспериментов, которые позволяют более детально исследовать влияние различных параметров лазера (плотность мощности, время воздействии, режим, длина волны), самой обрабатываемой ткани (коэффициент теплопроводности, удельная теплоемкость, плотность, коэффициентов рассеивания и экстинкции) и показать степень влияния длины волны лазерного излучения на результаты воздействия, что позволит минимизировать тепловой удар на окружающие биоткани и, как следствие, существенно уменьшить биологическую деградация структуры.