激光器激光照射下生物组织中非傅里叶传热现象

摘要：激光具有高单色性、高方向性、高亮度性和良好的相干性等特点。激光问世以来，已被广泛运用于临床治疗。其中大部分的运用都涉及热效应，如激光高热疗法、凝结以及激光外科。为了确保治疗安全和提升效率，开展针对生物组织的光热效应与热损伤的探讨就显得十分必要。本论文首先基于双相位滞后模型，根据激光在生物组织内部热传导的实际情况，对激光照射下生物组织中非傅里叶传热现象进行了数值模拟。其次对连续He-Ne激光照射下大鼠皮肤组织温度随时间变化的规律进行了实验探讨。实验采取将热电偶以激光照射面的对面插入，通过转变激光照射时间、功率等相关参数，按照一定的采样速度采集每一次信号，记录下该位置处组织温度随时间变化的温度数据。本论文采取数值模拟中的有限差分法，对双相位滞后模型进行数值模拟。通过转变τ_T和τ_q的取值，将双相位滞后模型、傅里叶模型和双曲热波模型的数值模拟结果进行比较和浅析。模拟结果表明：当τ_T和τ_q的取值相等并且都非常小时，双相位滞后模型的数值模拟结果和傅里叶模型的数值模拟结果相同。否则，即使τ_T=τq，DPL模型描述的热传导也不同于传统傅里叶热模型。在激光照射生物组织前期，τ_q对温度的影响更大些，激光停止照射后，τ_T对温度的影响更大些。当τ_q固定在16s，τ_T变化时，在取消激光照射后，生物组织温度变化会随着τ_T取值增大而增大；当τ_T固定在0.05s，τ_q变化时，τ_q的取值越大，组织的温度越高。对连续He-Ne激光照射下大鼠皮肤组织的温度随时间变化的规律进行了实验探讨，实验采取He-Ne激光器照射大鼠组织表面和皮下组织1mm处，通过红外辐射测温仪和热电偶探针来探测被照组织的温度，通过转变激光照射时间和功率，探讨被照组织温度随时间的变化情况。实验结果表明：当激光开始照射时，大鼠组织表面和皮下组织1mm处的温度在照射期间会随着照射时间的增加而迅速增加，当激光照射停止后，大鼠组织表面温度快速下降，而大鼠皮下组织1mm处温度缓慢下降。当用相同激光能量照射大鼠组织表面时，随着功率的增加，组织表面温度也相应增加，组织表面温度出现波动现象，并在25s后组织表面温度趋于平稳。组织表面温升随着激光照射中心的径向距离的增加而减小。关键词：激光论文双相位滞后模型论文数值计算论文He-Ne激光器论文生物组织论文

摘要2-4

ABSTRACT4-7

第1章 绪论7-13

1.1 激光与生物组织相互作用的探讨近况及作用7-10

1.2 激光的热效应10

1.3 热传导模型的介绍10-12

1.4 本论文的探讨内容及策略12-13

第2章 激光辐照生物组织双相位滞后模型的温度浅析13-19

2.1 论述模型13-15

2.2 数值模拟的策略-有限差分法15

2.3 结果和浅析15-19

第3章 连续 He-Ne 激光照射下大鼠皮肤的温度响应19-29

3.1 实验材料19-20

3.1.1 He-Ne 激光器19-20

3.1.2 实验样品20

3.2 实验策略20

3.3 实验结果20-28

3.3.1 单只 K 型热电偶测量组织温度20-25

3.3.2 5 只 K 型热电偶测量组织温度25-28

3.4 实验总结与浅析28-29

第4章 结论29-30

4.1 革新点说明29

4.2 探讨期望29-30