Abstract

Introduction. Lasers in medicine are currently widely used for both diagnosis and treatment. Studies of the thermal processes that occur when a person is exposed to laser radiation have made it possible to developinnovative methods of treating many diseases. Purpose: to study thermal processes in biological tissues during their local laser heating (mathematical model and experiment). Materials and methods. Using the developed mathematical model of the process of local heating of a certain region inside biological tissue, we studied the process of heating the environment by continuous and pulsed laser radiation using infrared light with a wavelength of 0.98 μm, red light with a wavelength of 0.65 μm, green light with a wavelength 0.5 microns and blue light with a wavelength of 0.435 microns. Results. The sizes of the heated region, the time of establishment and decrease in temperature are determined. The calculation results are in good agreement with the obtained experimental data. Findings. The mode of heating biological tissue with laser radiation depends on the wavelength. The maximum heating temperature of the irradiated section with a radiation pulse duration much shorter than the thermal time constant is independent of the shape and duration of the pulse and is determined only by the energy of the absorbed radiation. The distribution of heat into the medium during the duration of the pulse is determined by its duration and thermal diffusivity of the tissue. To reduce the heating of the surrounding tissue, it is necessary to use short radiation pulses. The progress of tissue heating by a sequence of radiation pulses depends on the relationship between the duration of the pulses, the period of their repetition, and the thermal time constant of the medium. The average (smoothed) temperature is the same as when heated with continuous power equal to the average power of the pulse-modulated radiation.

Highlights

  • Lasers in medicine are currently widely used for both diagnosis and treatment

  • Studies of the thermal processes that occur when a person is exposed to laser radiation have made it possible to develop innovative methods of treating many diseases

  • Using the developed mathematical model of the process of local heating of a certain region inside biological tissue, we studied the process of heating the environment by continuous and pulsed laser radiation using infrared light with a wavelength of 0.98 μm, red light with a wavelength of 0.65 μm, green light with a wavelength 0.5 microns and blue light with a wavelength of 0.435 microns

Read more

Summary

ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ЛОКАЛЬНОМ ЛАЗЕРНОМ НАГРЕВЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ТКАНИ

С помощью разработанной математической модели процесса локального нагрева некоторой области внутри биологической ткани исследован процесс нагрева окружающей среды непрерывным и импульсным лазерным излучением при использовании инфракрасного света с длиной волны 0,98 мкм, красного света с длиной волны 0,65 мкм, зеленого света с длиной волны 0,5 мкм и синего света с длиной волны 0,435 мкм. Режим нагрева биологической ткани лазерным излучением зависит от длины волны. Максимальная температура нагрева облучаемого участка при длительности импульса излучения, намного меньшей тепловой постоянной времени, не зависит от формы и длительности импульса и определяется только энергией поглощенного излучения. Ход нагрева ткани последовательностью импульсов излучения зависит от соотношения между длительностью импульсов, периодом их повторения и тепловой постоянной времени среды. Средняя (сглаженная) температура такая же, как при нагреве непрерывной мощностью, равной по величине средней мощности импульсно-модулированного излучения. Ключевые слова: лазерное излучение, биологическая ткань, математическая модель локального нагрева, тепловая постоянная времени, непрерывный режим, импульсный режим, импульсно-модулированный режим

Introduction
Materials and methods
Results
ТЕПЛОВІ ПРОЦЕСИ ПРИ ЛОКАЛЬНОМУ ЛАЗЕРНОМУ НАГРІВІ БІОЛОГІЧНОЇ ТКАНИНИ
Математическая модель
Нагрев непрерывным излучением
Нагрев одиночным импульсом излучения
Блок питания
Экспериментальная зависимость хорошо описывается формулой
Full Text
Published version (Free)

Talk to us

Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have

Schedule a call