Реферат: Вплив лазерного випромінювання на живу тканину наповнену кров’ю
Лазер - це генератор електромагнітних випромінювань оптичного діапазону, робота якого полягає у використанні вимушених випромінювань. Принцип дії лазера базується на властивості атома (складної квантової системи) випромінювати фотони при переході із збудженого стану в основний (з меншою енергією).
Дата добавления на сайт: 12 декабря 2024
Скачать работу 'Вплив лазерного випромінювання на живу тканину наповнену кров’ю':
Вступ
Лазер - це генератор електромагнітних випромінювань оптичного діапазону, робота якого полягає у використанні вимушених випромінювань. Принцип дії лазера базується на властивості атома (складної квантової системи) випромінювати фотони при переході із збудженого стану в основний (з меншою енергією).
Розвиток лазерної техніки дозволив сформувати великий науково-технічний напрямок-взаємодії когерентного монохроматичного електромагнітного випромінювання з біологічними системами-лазерної медицини. Сьогодні лазери успішно застосовують в таких сферах медицини як: хірургія, онкологія, офтальмологія, гінекологія, стоматологія, нейрохірургія, ендоскопія і фізіотерапія.
Сучасні лазерні установки які використовуються в хірургії мають універсальні властивості, які забезпечують широкі можливості дії на живу тканину шляхом опромінення, розсічення, випаровування і коагуляції біотканин лазерним випромінюванням. Разом із тим досягненням необхідного фото термічного ефекту залежить від енергетичних і оптичних параметрів лазерного пучка, тривалості дії а також від теплофізичних характеристик біотканини та об’єму в якому поглинається енергія випромінювання. Моделювання теплових процесів у тканині під дією лазерного випромінювання дозволить визначити вихідні параметри лазерного випромінювача, які забезпечать які забезпечать потрібний біофізичний ефект.
В даному курсовому проекті ми досліджуватимемо вплив лазерного випромінювання на живу тканину наповнену кров’ю (цироз печінки). Теплова дія лазерного випромінювання в біотканині базується на поглинанні випромінювання і перетворенні його енергії в тепло. Коефіцієнт поглинання залежить від виду тканини і від довжини хвилі лазерного випромінювання. Кількість поглинутого випромінювання зменшується з глибиною, тому теплова енергія і температура також зменшуються. Одночасно тепло відводиться внаслідок теплопровідності і потоку крові. Таким чином виникає температурний градієнт, як по глибині, так і в перпендикулярному напрямку. Оптичні і термічні властивості тої чи іншої тканини відіграють важливу роль для досягнення визначеної температури тканини з допомогою лазерного випромінювання.
Завдання на курсовий проект (постановка задачі)
Потрібно визначити температурний розподіл лазерного випромінювання в тканині печінки при її захворюванні.
Для лікування даної проблеми (цироз печінки) використовують діодний лазер. Вони володіють вузькою лінією (Δλ/λ
Рис. 3 - Фототермічні і фотоіонізаційні ефекти в біотканинах
При порушенні різноманітних станів молекули приймають енергію тільки в квантованому вигляді, тому поглинання відбувається тільки при визначених частотах. Зображення залежності інтенсивності поглинання від частоти або довжини хвилі визначається як спектр.
У спектроскопії тканин є декілька важливих проблем. Звичайно в спектроскопії поглинання передбачається однорідне розподілення хромофорів у зразку (розведені розчини відомих концентрацій). Тільки при такій умові строго діє закон Ламберта-Бера. У тканинах, елементи, що поглинають, пов’язані із субклітинними структурами, тут немає однорідного розподілення. Вплив розсіювання повинен бути обов’язково врахований.
1.3 Термічні властивості тканини
Дія лазера в хірургії, як ріжучого інструмента або коагулятора, базується на перетворенні електромагнітної енергії в теплову. Це перетворення енергії в тепло може відбуватись лише в тому випадку, якщо лазерне випромінювання поглинається специфічними хромофорами тканини.
Якщо не проходять фазові переходи, то температура підвищується пропорційно до густини енергії. Частина тепла відводиться в залежності від температурного градієнта шляхом теплопровідності в більш холодну частину. Із-за цього обмежується максимальна температура опромінювальної частини при даній інтенсивності випромінювання.
Так як частина енергії через теплопровідність і інші процеси транспортується у сусідні області, то нагрівається не тільки опромінювальний об’єм, але й оточуючі його частини. Також локальним кровотоком тепло відводиться від опромінювальної частини. Термічні властивості живої тканини визначаються в основному трьома процесами:
теплопровідність;
накопичування тепла;
вивід тепла судинною системою.
Короткий опис проблеми:
Основою мого дослідження в даній курсовій роботі є взаємодія лазерного випромінювання з цирозом печінки людини. Тому коротко про саму проблему.
Цироз печінки - хронічне прогресуюче захворювання, яке характеризується наростанням печінкової недостатності, що розвивається внаслідок дистрофії печінкових клітин, рубцьового зморщування і структурної перебудови печінки. Його виникнення можуть спричинити: інфекція (вірус епідемічного гепатиту), алкоголізм, дефіцит білків і вітамінів, токсико-алергічні чинники, холестаз.
В основі розвитку цирозу печінки лежать утворення сполучнотканинних перегородок (септ), що з’єднують перипортальні поля з центральною зоною часточки. На поверхні печінки видно дрібні вузли, навколо яких є сполучна тканина. Інакше це можна пояснити стисканням дрібних вен.
Формування цирозу також пов’язане з некрозом тканин печінки, після чого настає спадання неушкодженої строми. Ділянки строми, що спалилися перетворюються в рубцьову тканину. В збереженій тканині відбуваються процеси регенерації, що призводить до утворення вузлів, діаметр яких становить 0,5-5 см.
2. Основні параметри задачі
Розмірність: одновимірна задача;
На залежність від часу: нестаціонарна задача;
Тип задачі: квазілінійна задача;
Тип джерела: імпульсне джерело;
Гранична умова: для одновимірної задачі при z=0 і z=l де l-товщина зразка (l=0.005);
Початкова умова: III-го роду;
Структура середовища: анізотропне;
Температурна залежність теплофізичних коефіцієнтів: C(T), λ,ρ=const;
Математичне моделювання процесу
Рівняння теплопровідності:
де с-коефіцієнт теплоємності; ρ-густина матеріалу; λ-коефіцієнт теплопровідності; W- тепловий потік; T- температура; q- джерело теплового потоку.
=λ(x);
q(x,τ) = α(x) I(τ)((-αx) dx);
λ(x)= α (T-Tc);
λ(x)=α (T-Tc);= 36,6;
Будуємо різницеву сітку:
Сітка по часу τк+1=τк+τ
Сітка по координаті xi+1=xi+x 1 ≤ i ≤ N x=
Виконуємо заміну похідних
c(x) ρ(x) = λ +q [k,i];
Виконуємо елементарні математичні дії:
+ = λ + q[k,i];
λ - = - q[k,i] -
=;
Отримуємо трьохточкове рівняння:
Коефіцієнти рівняння: A, B, C;
B=(; C=
Прогоночні коефіцієнти: α, β :
;
β[i+1] =;
Гранична умова запишеться:
T[k+1,i-1]=α[i] T[i] + β[i];
Запишемо джерело:
- -подібна функція Дірака
3. Текст програми
kyrsa4;,ttt1,ttt2:integer;,dz,dtau,dmax,diff,tt:real;,ro,lamda,q,z,ti,alfa,A,B,Intyns,T1,e,II,QQ,alf,In:real;,bb:array [1..50] of real;,j:integer;F(QQ,alfa,z,dz,dta1,Aa,T:real):real;:=-(alfa*0.5*QQ*dz*dta1-aa*T);;:=0.005;:=0.2;:=4200;:=1865;:=0.24;:=1.2;:=5;:=0.7;:=e/ti;:=310;:=0.0001;:=50;:=z/n;:=0,4;:=(lamda*dtau)/dz;:=c*ro*dtau;i:=1 to n do[i,1]:=T1;j:=1 to n do[1]:=1+dz*alf/lamda;[1]:=dz*alf*T1/lamda;:=Intyns;i:=1 to N-1 do[i+1]:=B/(2*B+A-aa[i]*B);:=In;:=In*exp(-alfa*dz);:=QQ-In;[i+1]:=(B*bb[i]+F(QQ,alfa,z,dz,dtau,A,T[i,j]))/(2*B+A-aa[i]*B);;:=0;i:=n downto 2 do:=T[i-1,j];[i-1,j]:=aa[i]*T[i,j]+bb[i];:=abs(Tt-T[i-1,j]);diff>dmax then:=diff;;[n,j]:=(T[n-1,j]-bb[n])/aa[n];
{if dmax>tochnist then goto 1 ;}(j=1) or (j=n) then begini:=2 to n-1 do(T[i,j]:12:7,\' \'); end;;i:=1 to n do T[i,j+1]:=T[i,j];;.
3.1 Результат програми
біотканина фототермічний ефект
0.00000000 362.21663
.00010204358.07540
.00020408354.15464
.00030612350.45295
.00040816346.96798
.00051020343.69652
.00061224340.63450
.00071429337.77705
.00081633335.11857
.00091837332.65279
.00102041330.37283
.00112245328.27131
.00122449326.34040
.00132653324.57196
.00142857322.95754
.00153061321.48854
.00163265320.15625
.00173469318.95196
.00183673317.86700
.00193878316.89282
.00204082316.02106
.00214286315.24360
.00224490314.55259
.00234694313.94052
.00244898313.40023
.00255102312.92494
.00265306312.50828
.00275510312.14428
.00285714311.82738
.00295918311.55245
.00306122311.31477
.00316327311.11001
.00326531310.93424
.00336735310.78388
.00346939310.65574
.00357143310.54693
.00367347310.45489
.00377551310.37736
.00387755310.31232
.00397959310.25803
.00408163310.21296
.00418367310.17580
.00428571310.14542
.00438776310.12087
.00448980310.10136
.00459184310.08623
.00469388310.07498
.00479592310.06720
.00489796310.06264
.00500000310.06112
3.2 Графік розподілу температури
Рис. 4
Висновки
За даними виданими нам програмою, ми бачимо що при більшому прониканні в тканину лазерним випромінювання потужність зменшується, відповідно і температура. Також ми отримали графік розподілу температури на якому видно всю картину поведінки лазерного випромінювання в тканині наповненій кров’ю.
Список використаної літератури
1.Х.-П. Берлиена, Г.Й. Мюллера “Прикладная лазерная медицина” Москва 1997 г.
2.В.А. Серебряков “Лазарные технологии в медицине” Санкт-Петербург 2009 г.
.А.Н. Тихонов, А.А. Самарский “Уравнения математической физики” Москва 1977 г.
.Файн С., Клейн Э. “Биологическое действие излучения лазера”. Москва 1968 г.
.Плетньов С.Д. “Лазери в клінічній медицині”. Москва 1981.