Автореферат (1097616), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Это позволило разделить параметры на две группы. К первойгруппе относились те, которые влияют на абсолютные величинытемпературного поля и не приводят к перераспределению его формы: мощностьлазерного излучения; время облучения. Ко второй группе относилисьпараметры, от которых зависит перераспределение формы температурного полявнутри биологической ткани: функция распределения лазерного излучения впоперечном сечении пучка; скважность; поглощение слоя хряща, подвергнутогомеханическому надавливанию; материал индентера, доставляющего лазерноеизлучение; вариация толщины, теплопроводности и эффективного показателяпоглощения материала, из которого изготовлен одноразовый покровной чехолдля контактора, используемый при проведении операциисептохондрокоррекции.2.4.

Эффективность контрольной системы, обеспечивающей сохранениефункциональных свойств носовой перегородки при лазерном изменении формы.До начала данного исследования в операциях «септохондрокоррекции»использовалось лазерное медицинское оборудование, включающее в себя дляподачи излучения контактор с сапфировым наконечником (сапфировыминдентером). Встроенная контрольная система оборудования не измеряла(1)максимальную температуру в глубине хряща, отвечающую за эффективностьоперации (Рис.1, TM) и (2)температуру в центре пятна на поверхности слизистойоболочки, отвечающую за безопасность операции (Рис.1, TЦ). Возможным былотолько измерение температуры с помощью термопар, расположенных всапфировом индентере на периферии лазерного пятна в точке, не имеющейнепосредственного контакта с тканями носовой перегородки (Рис.1, TT) илиизмерение температуры задней поверхности с помощью ИК-термометрии(Рис.1, TV).14Рис.1.

Характерный вид температурного поля вдоль оси распространениялазерного излучения с местами расположения термопар (черные точки) исиней линией контакта сапфирового индентера, доставляющего лазерноеизлучение (от 0 до h1) с тканью носовой перегородки, покрытой слизистойоболочкой (от h1 до h2).На основе представленной в §2.1 теоретической модели и численногомоделирования (§2.2), для оборудования, применяемого в операции«септохондрокоррекции», была предложена процедура калибровки контактора,повышающая эффективность контрольной системы и позволяющая выбратьоптимальные дозы облучения для достижения релаксации внутреннихнапряжений в облучаемом хряще без ожога слизистой оболочки носовойперегородки. Цель калибровки состояла в определении значения температуры,измеряемой двумя термопарамиными контрольной системы в процессеоблучения носовой перегородки, при которой лазерное излучение необходимоотключить.Процедура калибровки контактора включала: (I) Измерениераспределения излучения на выходе из сапфирового наконечника контактора иопределение эффективного радиуса пятна r0 Гауссо-образной функции; (II)Измерение временных зависимостей показаний термопар для трех рабочихмощностей; (III) На калибровочных кривых зависимостей времени отключениятермопары от эффективного радиуса пятна r0 для трех рабочих мощностейопределяются значения времен отключения; (IV) По времени отключения награфике временной зависимости показаний термопар определяются значениятемпературы, при которой необходимо прекращать лазерное облучение длякаждой рабочей мощности.15В качестве рекомендаций по модернизации контактора и контрольнойсистемы для лазерной коррекции формы перегородки носа необходимоотметить следующее:1) Необходимо обеспечить эффективное надавливание индентером нахрящевую поверхность во время проведения операции.

Это приводит куменьшению концентрации воды в приповерхностном слое слизистой оболочки,за счет чего максимум температурного поля смещается от поверхности вглубину, что предотвращает повреждение слизистой оболочки. Это требованиеприводит к необходимости обеспечить выступание индентера над оправой.2) Требование предотвращения ожога слизистой оболочки накладываетопределенные ограничения на используемые одноразовые чехлы: Эффективныйпоказатель поглощения материала чехла не должен превышать 0,1мм-1, атолщина чехла не должна превышать 100мкм. Температура плавленияполимерного материала чехла должна быть достаточно высокой, чтобы придостижении температуры 80° C оптические свойства материала чехла непретерпевали существенных изменений, способных привести к ожогуслизистой.Полученные на основе построенной теоретической модели данные,позволили уточнить процедуру калибровки контрольной системы.

Построенныезависимости позволяют определять времена, в которые необходимо прекращатьлазерное облучение, для различных мощностей и распределений лазерногоизлучения, скомпенсировав, тем самым уменьшение чувствительностиконтрольной системы из-за периферийного расположения термопар, иобеспечив надежность «термопарной» контрольной системы, а такжебезопасность и эффективность процедуры лазерной «септохондрокоррекции».В результате, применение физических методов теории теплопроводностии численного моделирования в сочетании с экспериментальными методамиизмерения температурных полей и интенсивностей лазерного излучения,позволили оценить эффективность существующей контрольной системы,используемой в операции «септохондрокоррекции», и сформулироватьрекомендации для ее улучшения.В Главе 3 исследуются лазерно-индуцированные поля напряжений вбиологической ткани.3.1.

Теоретическое моделирование поля термонапряжений вбиологическом объекте при поверхностном и объемном лазерном облучении.При облучении биологических тканей импульсно-периодическимлазерным излучением с пространственной неоднородностью интенсивности, врезультате распространения теплового поля, происходит неоднородноерасширение, приводящее к возникновению напряжений и к деформации ткани,сопровождающееся изменением ее реологических свойств.

В результате16изменения объема, действия термонапряжений и возникновения градиентовтемператур возникают термоупругие и термопластичные напряжения.При достаточном нагреве некоторой области ткани, возникновениетермопластичных напряжений приводит к текучести, пластической деформациии, в результате, к релаксации напряжений. В этом случае при остываниивозникают остаточные напряжения, обусловленные взаимодействием области, вкоторой произошла релаксация напряжений, с окружающей тканью, неподвергнувшейся достаточному для релаксации температурному воздействию.Возникает необратимая деформация среды.При лазерном облучении биологической ткани в реальных медицинскихситуациях возникают два самых распространенных случая с точки зрениягеометрии воздействия. Первый вариант возникает при облучении внешнейповерхности биологического объекта и реализуется, например, в случаехирургического воздействия в операциях септохондрокоррекции на носовойперегородке (Глава 2), при облучении реберного хряща (Глава 4), суставногохряща (Глава 5), роговицы и склеры (Глава 6).Второй вариант – это облучение объема.

Этот случай реализуется привведении оптического волокна в ткань, например, при облучении пульпозногоядра межпозвонкового диска (Глава 3) и при воздействии на пленки вторичнойкатаракты (Глава 6).В первом приближении рассмотрим задачу, для которой существуетаналитическое решение для определения поля термонапряжений и можно задатьтемпературную функцию на основе аппроксимации решенного во второй главеуравнения теплопроводности.Дифференциальные уравнения равновесия в прямоугольных координатах,без рассмотрения распределенной поверхностной нагрузки, имеют вид:∂σ x ∂τ xy ∂τ xz+++ X =0,∂x∂y∂z∂σ y ∂τ xy ∂τ yz+++Y = 0,∂y∂x∂z∂σ z ∂τ xz ∂τ yz+++ Z = 0.∂z∂x∂yЗдесь X , Y , Z - компоненты объемной силы.(3.1)σ x , σ y , σ z - нормальные компоненты напряжений, параллельные осям x ,y и z.τ xy , τ xz , τ yx - компоненты касательного напряжения в прямоугольныхкоординатах.X = σ x l + τ xy m + τ xz nY = σ y l + τ yz n + τ xy l(3.2)Z = σ z n + τ xz l + τ yz m17Здесь X , Y , Z - компоненты распределенной поверхностной нагрузки,отнесенной к единице площади, l , m , n - направляющие косинусы внешнейнормали.При обобщении дифференциальных уравнений равновесия на случайαE ∂T   αE ∂T  ,температурных напряжений и деформаций, члены  − ,  − 1 − 2ν ∂x   1 − 2ν ∂y  αE ∂T − занимают место компонент объемных сил X , Y , Z .

Характеристики

Список файлов диссертации