Диссертация (Лазерная функциональная модификация хрящевой ткани и тканей глаза)

ИНСТИТУТ ФОТОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФЕДЕРАЛЬНОГОГОСУДАРСТВЕННОГО УЧРЕЖДЕНИЯ «ФЕДЕРАЛЬНЫЙ НАУЧНОИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР «КРИСТАЛЛОГРАФИЯ И ФОТОНИКА»РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК»Баум Ольга ИгоревнаМЕХАНИЗМЫ МОДИФИКАЦИИ ХРЯЩЕВОЙ ТКАНИИ ТКАНЕЙ ГЛАЗА ПОД ДЕЙСТВИЕМЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ03.01.02 - Биофизика03.01.08 - БиоинженерияДиссертация на соискание ученой степенидоктора физико-математических наукНаучный консультант:Соболь Э.НМОСКВА - 20162ОГЛАВЛЕНИЕОГЛАВЛЕНИЕ ...................................................................................................................................2Введение..............................................................................................................................................6Глава 1. Литературный обзор.........................................................................................................251.1.

Термомеханическое действие лазерного излучения на хрящевую ткань ...................271.2. Фазовые переходы и химические процессы при лазерном облучениихрящевой ткани ................................................................................................................271.3. Параметры лазерного воздействия .................................................................................281.4.

Механизмы управляемого изменения формы хрящевой ткани ...................................281.5. Изменение гидравлической проницаемости хрящевой ткани в результателазерного воздействия .....................................................................................................291.6. Механизмы лазерной регенерации биологических тканей ..........................................301.7. Лазерная септохондрокоррекция: физические основы технологии и оборудования 301.8. Термомеханическое лазерное воздействие на ткани межпозвонкового диска ..........311.9.

Эксперименты in vivo по лазерной реконструкции межпозвонковых дисков ...........311.10. Моделирование заболеваний суставного хряща .........................................................321.11. Биофункциональные наночастицы для лазерной инженерии хрящей ......................321.12. Лазерные технологии в офтальмологии.......................................................................331.12.1. Лазерные операции по нормализации внутриглазного давления ...................331.12.2. Воздействие лазерного излучения на термомеханические свойствароговицы глаза......................................................................................................341.12.3. Воздействие лазерного излучения на пленки вторичной катаракты ..............351.13.

Выбор параметров лазерного облучения .....................................................................36Выводы по результатам главы 1 ............................................................................................39Глава 2. Термическое воздействие лазерного излучения, приводящее к изменениюформы биологической ткани............................................................................................402.1. Теоретическая модель лазерного нагрева при внешнем механическомвоздействии на поверхность биологической ткани .......................................................402.2. Численное моделирование лазерного нагрева биологической тканипри внешнем механическом воздействии на ее поверхность.......................................442.3.

Численная оценка степени влияния параметров лазерного воздействияна температурное поле .....................................................................................................482.3.1. Подбор диапазона параметров для численного моделирования......................4832.3.2. Результат численного эксперимента. Характерное трехмерноераспределение температурного поля..................................................................512.3.3. Связь теоретической модели и эксперимента по определениютемпературы..........................................................................................................682.4. Эффективность контрольной системы, обеспечивающей сохранениефункциональных свойств носовой перегородки при лазерном изменении формы ...712.4.1.

Оценка эффективности контрольной системы, основанной на показанияхтермопары, расположенной на периферии лазерного пучка ...........................712.4.2. Методика калибровки термопарного датчика контрольнойсистемы лазерного септохондрокорректора......................................................74Выводы по результатам Главы 2............................................................................................77Глава 3. Лазерно-индуцированные поля напряжений в биологической ткани..........................793.1.

Теоретическое моделирование поля термонапряжений в биологическомобъекте при поверхностном и объемном лазерном облучении....................................793.2. Управление температурным полем и полем термонапряженийв биологической ткани с помощью введения наночастиц ............................................873.3.

Особенности взаимодействия лазерного излучения с биологической тканьюпри ее модификации контрастирующими добавками ...................................................943.4. Лазерно-индуцированные давления при воздействии импульсно-периодическоголазерного излучения на биологические ткани в широком диапазонедлительностей лазерных импульсов ...............................................................................983.4.1. Воздействие коротких импульсов лазерного излученияна биологические ткани.......................................................................................993.4.2. Воздействие относительно длинных импульсов лазерного излученияна биологические ткани.....................................................................................1053.5.

Модель образования пор при лазерном воздействии..................................................108Выводы по результатам главы 3 ..........................................................................................111Глава 4. Механизмы управляемого изменения формы реберного хряща с сохранениемее функциональных свойств. Эффект лазерно-индуцированногонелинейного термомеханического поведения хрящевой ткани .................................1134.1. Теоретическое и экспериментальное определение оптимальных режимовлазерной коррекции формы реберного хряща .............................................................1134.2. Лазерное изготовление хрящевых имплантатов заданной кривизны .......................1184.3.

Эффект лазерно-индуцированного неаддитивного термомеханическогоповедения хрящевой ткани.............................................................................................12144.4. Лазерно-индуцированное изменение пористой системы ...........................................124Выводы по результатам главы 4 ..........................................................................................127Глава 5. Механизмы лазерно-индуцированной регенерации суставного хряща.....................1285.1.

Управляемая регенерация под действием лазерного излучения ...............................1285.2. Изготовление диагностических матриц для определения типа новообразованнойткани. Эффективность поверхностного лазерного наплавления трехкомпонентнойсреды с сохранением функциональности легкоплавкой составляющей ...................1405.2.1. Теоретическое описание процесса лазерного плавления трехкомпонентнойсреды без повреждения чувствительных элементов диагностическихматриц..................................................................................................................1435.5.2. Экспериментальное исследование процессов лазерной наплавкидиагностических матриц на длине волны 810 нм ...........................................1495.2.3.

Экспериментальное исследование процессов лазерной наплавкидиагностических матриц на длине волны 532 нм ...........................................1505.3. Численная оценка максимальной плотности наплавления ........................................1535.4. Влияние термопластичности на максимальную плотность наплавления.................153Выводы по результатам главы 5 ..........................................................................................156Глава 6. Воздействие лазерного излучения на ткани глаза .......................................................1586.1. Оптимизация технологии удаления плёнок вторичной катаракты ...........................1586.1.1.

Гистологическое исследование исходных образцов .......................................1596.1.2. Лазерное воздействие на пленки задней капсулы хрусталика .......................1626.1.3. Теоретическая модель лазерно-индуцированных деформаций и давлений .1646.1.4. Сопоставление численного моделирования с экспериментальнымиданными ..............................................................................................................1736.2.

Механизм изменения формы роговицы глаза с сохранением ее микроструктурыи оптических свойств с помощью термомеханического лазерного воздействия .....1756.2.1. Изменение рефракции глаза при совместном воздействии неабляционноголазерного излучения на роговицу и склеру .....................................................1756.2.2. Изменение рефракции глаза при воздействии на роговицу неабляционноголазерного излучения с кольцеобразным распределением интенсивности ...1806.2.3. Теоретическая модель изменения рефракции глаза при неабляционномлазерном воздействии на длине волны 1.56 мкм ............................................1836.2.4.

Структурные изменения в роговице под действием неабляционноголазерного излучения ..........................................................................................18756.2.5. Оптические методы регистрации структурных изменений в роговицеглаза при лазерном воздействии - основа создания контрольных системс обратной связью ..............................................................................................1916.3. Нормализация внутриглазного давления за счет изменения гидравлическойпроницаемости склеры глаза .........................................................................................1986.3.1.

Механизм изменения гидравлической проницаемости склерыпод действием лазерно-индуцированного поля термонапряжений ..............1996.3.2. Определение оптимального режима облучения склеры .................................2026.3.3. Исследование воздействия лазерного излучения на структуру биологическойткани ....................................................................................................................2066.3.4. Клинические результаты гипотензивного эффекта повышениягидропроницаемости склеры.............................................................................2246.3.5. Стабилизация пор в склере при эффекте снижения ВГД.Микроскопия структурированного облучения с высоким разрешением .....2276.3.6.