Диссертация (1097617), страница 14
Текст из файла (страница 14)
В этот момент разброс экспериментальных данных температуры на срезе TСизменяется от 49° С до 53° С. Между проходящими через экспериментальные точки71теоретическими температурными зависимостями для TС была выбрана и представленазависимость для TС70 таким образом, чтобы при температуре 42° С на термопаре (прикоторой в одном из режимов облучения происходит отключение лазерного комплекса)температура в глубине хряща составляла ТТ70=70° С. Это давало температуру в центре пятнана поверхности слизистой оболочки TЦ70 равную 58,7° С (Табл. 2-3).Табл.
2-3. Теоретические значения температуры в центре пятна ТЦ на поверхности хряща,рассчитанные на основе экспериментальных данных при фиксированных значенияхтемпературы термопары ТТ и максимальной температуры ТМ, равной 70° СНаконечник:ТТ °СТЦ °СТМ °СБез чехла4258,770Полиэтилен 200 мкм4266,270Полиэтилен 100 мкм4262,5570Полиэтилен 50 мкм4260,670Из данных в таблице 2-3 следует, что при одинаковой температуре на термопаре,максимальная температура в глубине пятна меняется в еще большем диапазоне величин посравнению с температурой в центре пятна. Отметим, что для латекса температура ТМ равнаТЦ. Это соответствует выходу максимальной температуры на поверхность слизистойоболочки, что при достаточной мощности излучения может привести к ожогу слизистойоболочки при лазерном воздействии на носовую перегородку.2.4.
Эффективность контрольной системы, обеспечивающей сохранениефункциональных свойств носовой перегородки при лазерном изменении формы2.4.1. Оценка эффективности контрольной системы, основанной на показанияхтермопары, расположенной на периферии лазерного пучкаДля проверки эффективности контрольной системы, основанной на показанияхтермопары, были построены распределения температурного поля для различных случаев,представляющих практический интерес. Распределения полей соответствовали температуреотключения термопары, составляющей (для одного из режимов операции) 42° С. На Рис. 2.23и Рис. 2.24 представлены распределения температур на поверхности слизистой оболочки,проходящие через центр пятна, и на поверхности, проходящей через максимальнуютемпературу в глубине, перпендикулярно направлению распространения излучения.720T, СTЦ75r0 = 0.5,r0 = 0.7,r0 = 0.7,r0 = 0.7,7065k=0 .7k=1k=0 .7k=0 .4605550454035-3,0-2,5-2,0-1,5-1,0-0,50,00,51,01,52,02,53,0ммРис.
2.23. Распределения температур на поверхности слизистой оболочки, проходящиечерез ось симметрии системы, то есть, проходящие через максимальную температуру ТЦна слизистой оболочке. Термопары расположены на глубине 150 мкм и на расстояниях (-1,5+ 0.2) мм и (1,5 - 0.2) мм от оси симметрии. Мощность излучения P = 1.2 Вт, толщина«выдавленного» слоя хряща 200 мкм, его поглощение 0,7 мм-1 и 0,4 мм-1, размерэффективного радиуса пятна Гауссо-образной функции распределения составляет 0.5 мм и0.7 мм.Из температурных кривых (Рис. 2.23) следует, что при температуре отключениятермопары, на слизистой оболочке может быть довольно разная картина теплового поля, приэтом изменение максимальной температуры центра пятна ТЦ может составлять более чем 5°С при указанных параметрах.730T, СTМ9085r0 = 0.
5,r0 = 0. 7,r0 = 0. 7,r0 = 0. 7,8075k =0 .7k =1k =0 .7k =0 .47065605550454035-3,0-2,5-2,0-1,5-1,0-0,50,00,51,01,52,02,53, 0ммРис. 2.24. Распределения температур на поверхности, перпендикулярной, осираспространения лазерного луча, содержащей максимальную температуру ТМ. Термопарырасположены на глубине 150 мкм и на расстояниях (-1,5 + 0.2) мм и (1,5 - 0.2) мм от осисимметрии. Мощность излучения P = 1.2 Вт, толщина «выдавленного» слоя хряща 200 мкм,его поглощение 0,7 мм-1 и 0,4 мм-1, размер эффективного радиуса пятна Гауссо-образнойфункции распределения составляет 0.5 мм и 0.7 мм.Из данных на Рис. 2.24 следует, что при одинаковой температуре на термопаре,максимальная температура в глубине пятна ТМ меняется еще сильнее по сравнению стемпературой в центре пятна ТЦ, и ее изменение при выбранных параметрах может бытьбольше 10 °С.
Представленные результаты расчетов в совокупности с данными о поведениизависимостей температур ТТ, ТЦ и ТМ от величины r0 говорят о неоднозначной зависимостимежду показаниями термопары ТТ и температурами ТЦ и ТМ, которые определяютбезопасность и эффективность лазерной операции. При одной и той же температуре натермопаре, при которой происходит выключение лазерного комплекса, мы можем получитьразные распределения температурного поля. Это приводит к выводу о том, чточувствительность существующей на данный момент контрольной системы с обратнойсвязью сильно зависит от параметров индентера и местоположения термопар.74Рассмотрим, как на чувствительность термопары влияет место ее расположения вплоскости среза {x, y} (Рис 2.2). Для индентера без чехла, при мощности излучения P = 1.2Вт, толщине «выдавленного» слоя хряща 200 мкм, эффективном показателе поглощение 0,7мм-1 и эффективном радиусе пятна 0.7 мм, смещения термопары по двум осям на 100 мкмдадут следующий результат:{x, y + 100 мкм}40,9 °С{x - 100 мкм, y}место термопары {x, y}{x + 100 мкм, y}41,75 °С42 °С42,4 °С{x, y - 100 мкм}43,4 °СИз полученных результатов видно, что смещение термопары перпендикулярнораспространению лазерного излучения (вдоль оси Ox) вносит большее изменение впоказания, чем смещение по направлению распространения излучения (вдоль оси Oy).
Так,например, при точности вклеивания термопары в 25 мкм вдоль оси Ox максимальнаяпогрешность в показаниях термопары составляет 0,35° С.Степень соответствия температуры термопары с максимальной температурой можетбыть повышена при стабилизации параметра r0, что накладывает более жесткие требованияна точность изготовления сапфирового индентера и его калибровку. Необходимостькалибровки обусловлена выбором оптимальной дозы облучения при проведении лазернойсептохондрокоррекции для достижения релаксации внутренних напряжений в облучаемойхрящевой ткани без ожога слизистой оболочки носовой перегородки.2.4.2.
Методика калибровки термопарного датчика контрольной системы лазерногосептохондрокорректораНа основе проведенных расчетов была уточнена процедура калибровки контактора,повышающая эффективность контрольной системы лазерной медицинской установки длясептохондрокоррекции. Цель калибровки состояла в определении значения температуры,измеряемой термопарным датчиком контрольной системы в процессе облучения носовойперегородки, при которой лазерное излучение необходимо отключить.75Процедура калибровки контактора включала: (I) Измерение распределения излученияна выходе из сапфирового наконечника контактора и определение эффективного радиусапятна r0 Гауссо-образной функции; (II) Измерение временных зависимостей термопары длятрех рабочих мощностей (Рис 2.25); (III) На калибровочных кривых зависимостей времениотключения термопары от эффективного радиуса пятна r0 для трех рабочих мощностейнаходят значение времени отключения (Рис.2.26); (IV) По времени отключения на графикевременной зависимости термопары (Рис.
2.25) определялись значения температурыотключения для каждой рабочей мощности.0ТT , C36341,1 Вт320,9 Вт300,7 Вт282624Время, с2202468101214Рис. 2.25. Изменение временных зависимостей термопары для трех рабочих мощностей.Измерение пространственного распределения лазерного излучения на выходе изнаконечника контактора позволяло определить эффективный радиус пятна r0 Гауссообразной функции.
При этом специально проведенные измерения показали, чтоэффективный радиус распределения для ИК излучения (1,56 мкм) и для зеленого цветасовпадают с точностью 6%. Поэтому измерение величины r0 может проводиться дляпилотного луча (зеленый свет) и впоследствии умножаться на коэффициент 1,06 дляполучения соответствующего значения для 1,56 мкм излучения.Построение калибровочных кривых проводилось на основе представленной в этойглаве теоретической модели и состояло из 4 шагов:1.В процессе лазерного облучения хрящевой пластины толщиной 1,5 ммпроводились измерения температуры на задней поверхности хряща TV с помощью ИКтепловизора и показаний термопары контактора TT.762.С помощью теоретической модели было построено пространственно-временное распределение температурного поля внутри хрящевой пластины в зависимости отраспределения излучения на выходе из сапфирового наконечника контактора,характеризующегося эффективным радиусом пятна r0 Гауссо-образной функциираспределения.3.Проводилось сравнение расчетных и экспериментальных зависимостей TV и TTот времени, которое позволило уточнить значения параметров, которые не поддавалисьточному измерению.
В итоге были построены временные зависимости температурымаксимума ТМ в глубине хрящевой пластины и температуры в центре пятна ТC на переднейгранице хрящевой ткани. Температура TM отвечает за эффективность операции лазернойсептохондрокоррекции, а температура TC — за ее безопасность.4.В качестве критерия отключения лазера был выбран найденныйэкспериментально порог денатурации хрящевой ткани. Критерию денатурациисоответствовало достижение в центре пятна на поверхности слизистой оболочкитемпературы 70° С суммарно в течении 5 секунд. Это позволило определить времяотключения термопары как функцию мощности излучения и величины эффективногорадиуса пятна r0 Гауссо-образной функции.Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
