Диссертация (1097617), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Изменение произведения максимума интенсивности лазерного излучения накоэффициент поглощения с глубиной при разных коэффициентах d для А=0.6 функция.Перераспределение источника тепла определяет уход максимальной температуры споверхности в глубину ткани при надавливании (Рис. 2.9). Максимальная температура взависимости от параметров d и А представлена на Рис. 2.17, расчетные параметрыподобраны так, чтобы охватывался диапазон вблизи 70 °С - температуры, соответствующейрелаксации напряжений хрящевой ткани.65T,°C8075d=20d=1570d=1065d=56055d=25045d=1400,00,20,40,60,81,0-1А, ммРис.2.17. Максимальная температура в зависимости от параметров d и АВидно, что управляя параметрами d и А, можно, влияя на функцию источника тепла,изменять температуру максимума.
Ниже приведены изотермы для температур интересуемогодиапазона, включающего 70° С (от 65° С до 75° С).А, мм-165° 67.5°1,070°72.5°0,80,60,475°0,20,02468101214161820dРис.2.18. Изотермы в зависимости от параметров d и А662.3.2.6. Вариация параметров покровного чехлаРассматривались вариации толщины, теплопроводности и эффективного показателяпоглощения материала, из которого изготовлен одноразовый покровной чехол дляконтактора при проведении операции септохондрокоррекции.Для латекса, обладающего невысоким значением теплопроводности, при толщинепленки более 50 мкм и эффективном показателе поглощения больше 0,1 мм-1 максимальнаятемпература достигается на поверхности хряща (ТЦ = ТМ). Это приводит к ожогу слизистойоболочки и хрящевой ткани носовой перегородки при тех режимах лазерного воздействия,при которых происходит нагрев (ТМ > 70° С), достаточный для изменения формы носовойперегородки.Для того чтобы точка максимального нагрева сместилась в глубину хрящанеобходимо уменьшить толщину латекса ниже 50 мкм, или (при неизменных другихпараметрах) найти такой материал, у которого теплопроводность, по крайней мере, в 4 разабольше, чем у латекса.
Уменьшение толщины латекса нецелесообразно из соображенийбезопасности протекания хирургической операции, так как латекс такой толщины неотвечает требованию прочности и может порваться во время лазерной процедуры.Одним из возможных материалов для чехла является полиэтилен. На рисунке 2.19представлены экспериментальные и теоретические результаты для индентера без чехла и дляполиэтилена различной толщины. Из результатов расчетов следует, что в диапазоне толщинот 50 до 200 мкм зависимость изменения температуры от толщины пленки полиэтиленаявляется линейной. Причем изменение толщины на 50 мкм приводит к изменениюмаксимальной температуры в среднем на 1° С.C0,T4442Эксперимент: TT без чехла403836Теория: TT без чехлаТеория: TT + полиэтилен 100 мкмТеория: TT + полиэтилен 200 мкм34320123456789Время, секРис. 2.19.
Изменение показаний термопары ТТ во времени в зависимости от вариациитолщины полиэтилена.67Следует отметить, что у полиэтилена температура плавления составляет 115° С, а привведении некоторых добавок и изменении процесса приготовления полиэтиленовой массы,температура плавления может достигать 135° С. С другой стороны, деформацияполиэтилена, происходящая при изготовлении чехла необходимой толщины, может снизитьтемпературу размягчения полиэтилена. В процессе лазерной процедуры температурадостигает 70 °C, при этом в полиэтиленовом чехле возможны изменения структуры,приводящие к изменению его оптических свойств.Необходимо отметить, что при использовании полиэтилена максимум температурыобычно находится в глубине хрящевой пластины носовой перегородки, при этом достигаетсясущественная разница между температурным максимумом (температурой, отвечающей заэффективность операции) и температурой в центре пятна на облучаемой поверхности(температурой, отвечающей за безопасность операции), что обеспечивает надежностьпопадания в терапевтический диапазон лазерного воздействия.
Но недостаточно высокаятемпература плавления и технологические особенности изготовления чехлов (например, прииспользовании метода вытягивания) могут создать затруднения для использования чехлов изполиэтилена в операциях септохондрокоррекции. В зависимости от температуры и времениоблучения оптические свойства полиэтилена могут меняться в процессе операции, что можетпривести к повреждению слизистой оболочки вследствие поглощения лазерного излучениячехлом.Еще одним перспективным материалом для одноразовых чехлов является винил. Поэффективному показателю поглощения он близок к полиэтилену, но при этом еготемпература плавления составляет 180° - 220° C [Григорьев и др., 1991].
Совокупное жеизменение величин теплоемкости, теплопроводности и плотности по отношению кполиэтилену при схожести всех других параметров и толщине 100 мкм позволяют сделатьвывод, что максимум температуры достигается в точке, находящейся в среднем на 400 мкм вглубине от внешней поверхности, в то время, как максимум для чехла из полиэтилена уходит(при тех же параметрах) в глубину лишь на 200 мкм.682.3.2.7. Материал индентераИндентор контактора изготавливается из корунда.
Корунд может содержатьразличное количество примесей. Было исследовано два материала: корунд со среднимипоказателями теплопроводности, плотности и теплоемкости и корунд, обладающийминимальной концентрацией примесей — сапфир. Влияние материала индентора наповедение графика термопары ТТ представлено на Рис. 2.20.C0,T44424038Теория:TТ с коррундомТеория: TТЭксперимент:TТ363432012345678Время, секРис. 2.20. Теоретические и экспериментальная зависимости температуры ТТ от времени,полученные для индентера из корунда и сапфира без защитного чехла.Из сравнения данных теоретического расчета с экспериментальными данными длятемпературы на термопаре можно сделать вывод, что лучшее согласие достигается приприближении характеристик корунда к сапфиру.
На этом основании в расчетах,представленных в этом разделе, использовались данные для сапфира.2.3.3. Связь теоретической модели и эксперимента по определению температурыПрисутствие среза хрящевой пластины, находящегося в контакте с воздухом иметаллом изменяет теплоотводность по сравнению с реальной ситуацией, которая имеетместо в операции септохондрокоррекции. Поэтому теоретическое описаниеэкспериментальных данных, полученных с помощью тепловизора, требует определеннойкорректировки с учетом реальной геометрии (Рис.
2.21). Проведение теоретического расчета69в этом случае позволяет провести сопоставление теоретических результатов сэкспериментальными данными по двум характерным точкам ТТ и ТЦ.Рис. 2.21. Схематическое изображение среза рассматриваемого геометрическогопространства вдоль оси симметрии с учетом среза хряща, сделанного для получениятемпературы в контрольной точке ТС.В эксперименте непосредственно измеряются две температуры: ТТ (температуратермопары) и ТС — температура среза (измеряется тепловизором). Реальный жепрактический интерес представляют температура максимума в глубине хрящевой пластиныТМ и температура в центре пятна ТЦ на передней границе хрящевой ткани, находящейся всоприкосновении с сапфиром или с защитным чехлом.
На Рис. 2.22 представленораспределение температуры вдоль прямой, перпендикулярной распространению излучения исоединяющей точки ТС - ТМ - Тin , показанные на Рис. 2.21. Левая часть кривой на Рис. 2.22(от точки ТС до ТМ) описывает ситуацию, соответствующую численному эксперименту вдольоси лазерного излучения. Правая часть кривой (от точки ТМ до Тin, где Тin - точка внутрихряща, расположенная на таком же расстоянии от оси симметрии, что и точка на ТС срезе)описывает поведение температурной кривой внутри хряща в перпендикулярном70направлении. Температуры ТС и ТМ в данном случае могут и не являться максимальными,так как для определения точных максимальных температур надо учитывать их положениевдоль оси распространения лазерного излучения.
Однако найденные таким образомтемпературы близки к температурам, представляющим основной интерес для реальнойситуации, и правильно описывают поведение теплового поля.0T, CTM6462605856TC5452Tin50-5-r2-4-3-2-1012кол-вошаговсетки34r52Рис. 2.22. Сравнительный график поведения температурного поля в поперечном разрезе длясхемы с Рис. 2.21.Представленные на Рис.
2.22 результаты наглядно показывают поведениетемпературной кривой в поперечном разрезе. С учетом статистического разбросарезультатов с грубым шагом (10 шагов сетки соответствуют диаметру сапфировогоиндентера с надетым на него защитным чехлом от -r2 до r2 на Рис. 2.21) данныедемонстрируют правильное поведение температурного поля и согласуются с экспериментом.Было проведено сравнение результатов теоретического моделирования иэкспериментальных данных для случая лазерного воздействия на хрящевую пластину сучетом выдавливания без чехла. Параметры подбирались так, чтобы достигалось совпадениетеории и эксперимента в поведении зависимости температуры от времени на термопаре ТТ.На 8-ой секунде температура термопары достигала 42° С, при этом отключалось лазерноеизлучение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
