Лазерный селективный нагрев элементов кожной ткани

• Автор: Пушкарева, Александра Евгеньевна
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1 Методы описания взаимодействия лазерного излучения с многокомпонентными слоистыми мутными средами.
1.1 Основные принципы построения математических моделей для расчета взаимодействия лазерного излучения с многокомпонентными слоистыми средами.

1.2 Распространение лазерного излучения в мутных средах

1.3 Особенности распределения температуры при воздействии лазерным излучением на многокомпонентные среды

1.4 Основные типы лазерных излучателей, используемых для воздействия

на многокомпонентные мутные среды

Заключение к первой главе

Глава 2 Разработка модели взаимодействия лазерного излучения с многокомпонентной средой на основе кожных тканей.

2.1 Обоснование модели взаимодействия излучения с кожей

2.2 Определение основных параметров модели.
2.2.1 Оптические характеристики элементов кожной ткани.
2.2.2 Теплофизические характеристики элементов кожной ткани
2.2.3 Расчет зависимостей коэффициента теплопроводности, удельной теплоемкости и плотности слоев кожи от объемной концентрации крови
2.3 Сравнительное тестирование разработанной модели взаимодействия излучения с кожей
2.4 Особенности многоимпульсного воздействия лазерного излучения на
многослойную мутную среду
Заключение ко второй главе.
Глава 3 Особенности селективного нагрева элементов слоистой мутной среды лазерным излучением
3.1 Воздействие лазерного излучения на слоистую мутную среду, содержащую цилиндрические включения
3.2 Критерии оптимизации параметров лазерного излучения для селективного нагрева кровеносных сосудов, расположенных в подповерхностных слоях кожи.
3.3 Результаты моделирования селективного нагрева кровеносных сосудов
3.3.1 Нагрев кровеносных сосудов коротким импульсом.
3.3.2 Влияние длительности импульса лазерного излучения на результат селективного нагрева кровеносного сосуда
Заключение к третьей главе
Глава 4 Исследование режима лазерного нагрева тканей кожи длительным импульсом излучения.
4.1 Моделирование воздействия лазерного излучения на элементы кожной ткани при наличии кровотока.
4.2 Исследование влияния внутреннего кровотока на температуру кожной
ткани при воздействии лазерным излучением.
Заключение к четвертой главе
Заключение
Список литературы


Проведено сравнительное тестирование разработанной модели с помощью сравнения результатов моделирования с результатами экспериментальных и теоретических исследований, приведенных в литературе. Рассмотрены особенности многоимпульсного воздействия лазерного излучения на ткани кожи, чередующегося интенсивным охлаждением. В третьей главе рассмотрены особенности селективного нагрева лазерным излучением кровеносных сосудов, расположенных в подповерхностных слоях кожи. Описаны критерии оптимизации параметров лазерного излучателя, позволяющие осуществить выбор спектральных, временных и энергетических характеристик излучения для селективного нагрева кровеносных сосудов. Проведена оценка влияния длины волны излучения, длительности обработки, диаметра и глубины расположения кровеносных сосудов на селективность и эффективность процедуры нагрева сосудов лазерным излучением. В четвертой главе рассмотрено влияние кровотока на нагрев кожных тканей лазерным излучением. Исследована зависимость температуры слоев кожи от плотности потока крови. Мутными называют среды, в которых присутствует как поглощение, так и рассеяние излучения. Одним из примеров такой ткани является кожа человека. В то же время кожа является живой многослойной средой, содержащей различные включения, такие как, например, кровеносные сосуды, в которых происходит движение крови. Все это осложняет понимание процессов, происходящих при воздействии лазерным излучением на кожу. Для описания этих процессов на данный момент существует множество различных математических и физических моделей, каждая из которых призвана решить какуюлибо конкретную задачу, описать частный случай. Рассмотрим здесь основные принципы построения математических моделей, описывающих взаимодействие лазерного излучения с многокомпонентными многослойными мутными средами, такими как кожа человека. Практически все модели строятся по одинаковым принципам. Сначала описывается объект исследования, его геометрия. Затем определяются оптические и физические параметры всех его компонентов. Далее производится расчет распространения излучения в среде, и для некоторых моделей вычисление температурных полей. Различия между моделями становятся заметны уже на этапе построения геометрии. В большинстве случаев кожа представляется в виде последовательности плоских слоев с различными оптическими и теплофизическими свойствами. Количество слоев кожи может варьироваться от одного до семи. Самая простая геометрия включает в себя только дерму 1. Такая упрощенная модель используется для моделирования лечения угревой болезни лазерным излучением с длиной волны нм. В данной работе считалось, что поскольку на данной длине волны излучение поглощается преимущественно водой, то можно считать кожу одним цельным слоем с оптическими свойствами, близкими к свойствам воды. Более глубокие слои кожи не влияют на результат, поскольку излучение с данной длиной волны не проникает глубже 1 мм. Наибольшее количество слоев модели представлено в работе 2. Здесь в коже выделены роговой слой, эпидермис, верхняя дерма, дерма с поверхностным сплетением сосудов, нижняя дерма, дерма с глубинным сплетением сосудов, гиподерма рис. Каждый из них имеет свои оптические характеристики. Однако такое достаточно подробное разделение кожи на слои используется только для оптического расчета, а для расчета распределения температуры выделены только эпидермис, кровь и дерма. В некоторых работах, например, в 2,3, наличие кровеносных сосудов в коже моделировалось с помощью изменения оптических свойств выделенных в дерме плоских слоев, в которых предполагается наличие крови. Фактор анизотропии и показатель преломления считались постоянными для всей дермы, независимо от наличия сосудистых сплетений. Некоторые авторы выделяют кровь как отдельный слой с характеристиками чистой крови, либо как некий объект внутри ткани. Одиночный кровеносный сосуд иногда прямоугольной 4 или чаще цилиндрической 5 формы обычно помещается в дерме. Пример модели кожи с кровеносным сосудом цилиндрической формы приведен на рис.