A numerical simulation of photothermal response in laser medicine

In this paper, we reported a numerical solution of laser induced thermal effect in the bio-tissue. The model of photothermal effect and classical Pennes bio-heat transfer equation were introduced. Finite element method (FEM), which was realized by Matlab software, was used to calculate the temperature distribution. He-Ne laser (633 nm) was used to simulate the physical therapy in in vivo skin tissue. Under the cylinder coordinates, the three-dimension(3-D) geometry of tissue was reduced to two-dimension(2-D)computation. The results contained the radial, axial and temperature 3-D color plot. Combining the time animation display was possible. By changing the laser and tissue parameters we can get different results.This will be the initial and indispensable work of the non-destructive evaluation of the laser induced injury.     

基于经验模态分解提高太赫兹频率分辨率的方法

太赫兹频率分辨率是影响物质鉴别的重要因素,但是由于太赫兹时域光谱系统中存在器件反射,使得参考信号和测量信号出现多个反射峰,时域信号长度截断导致频率分辨率很低。为了去除反射峰的影响,提出基于经验模态分解去除时域反射峰,从而提高太赫兹频率分辨率的方法。通过与太赫兹主峰的互相关定位时域反射峰,计算反射峰的上下包络和求平均值,获取本征模函数并代替反射峰,增加时域信号有效长度,提高太赫兹频域分辨率。空气中水蒸汽的太赫兹透射谱实验结果表明,该方法具有自适应去除多个反射峰的能力,对太赫兹时域信号修复效果良好,频率分辨率提高了12倍,而且未丢失有用的吸收谱信息,吸收峰的位置和个数与真实谱一致,很好地保留了太赫兹谱的鉴别能力。     

基于二维随机震源的地震波全波形反演研究

全波形反演利用全部的波场信息做反演求解,兼顾了地震波的运动学特征和动力学特征,是一种直接基于波动方程描述地震波在地下介质中的传播过程,能够获得地质结构和岩性资料的方法.但是作为一种非线性反演算法,如何提高全波形反演的计算速度和成像精度是目前优化反演的难点和重点.针对全波形反演的效率问题,采用分层和模块化的matlab工具箱,开展了基于随机震源的全波形反演数值计算,由于采用的方法可以给定计算节点上的多线程资源,易于编程,无需矩阵,有效的减少了外部krylov迭代的数量,并将提出的方法与常规全波形反演方法进行对比分析,证明了基于随机震源全波形反演更加高效.     

基于RC电路模型的激光诱导生物组织光热效应

针对激光诱导生物组织温升预测问题提出了一种新的RC电路理论模型。根据基尔霍夫电压定律(KVL)推导了RC电路的系统函数和单位冲激响应,根据单位冲激响应和矩形输入信号的卷积得到RC电路的零状态响应模型,由激光照射下生物组织温度实验结果确定模型中的两个固定参数,提出了两种模型参数计算方法并进行模拟计算。理论计算与实验结果显示温度响应曲线一致,肝脏和肌肉组织峰值温度相对误差范围分别为-0.0557℃～-0.0025℃和0.0139℃～0.0641℃,温度曲线平均相对误差范围分别为0.55%～2.39%和0.38%～0.99%,这种方法较经典的Pennes生物热传输方程模型所需参数少,精度更高,为激光与生物组织光热效应研究提供了一种新方法。     

泄洪设施修建计划的数学模型

某乡政府计划解决防汛水利设施建设问题,即通过开挖小型排洪沟与修建新的泄洪河道来满足防汛需要.针对该乡的泄洪设施修建计划,主要研究以下三个问题:(1)给出同时开挖给定的8条小型排洪沟和新建一条给定的泄洪河道的最优修建方案;(2)已知该乡各村之间新建泄洪河道的长度,给出一个在各村之间互通的另一新泄洪河道的网络修建计划,使之达到可泄洪量100万立方米/小时;(3)当新泄洪河道网络修建完后,安排人员进行维护工作,研究维护人员在各村留宿的概率分布.在费用最省的目标下,建立了问题(1)和问题(2)的数学规划模型,并得到泄洪设施的最优修建方案.应用Markov链及转移概率矩阵等知识,建立了问题(3)的等概率和非等概率的两种数学模型,并得知维护人员在各村留宿的概率分布是稳定的.     

激光医学中热响应的遥测技术研究

采用辐射温度测量技术实现了激光与生物组织热响应的无损监测.便携式红外辐射监测仪内置LD红光指示和对准音提示,在距离红外透镜25 mm处最小物面孔径为2.5 mm.靶点组织的温升变化是激光输出参量和被测生物组织自身的光、热物理特性的综合反映,与可能产生的疗效密切相关.实验记录了单个红宝石激光脉冲、连续CO2激光作用下多种组织的热响应过程,从辐照时间、温升峰值、上升时间等角度讨论了不同组织、不同条件下组织热响应的差异.     

激光经瞳热疗的功率选择

为了避免激光经瞳热疗带来的热损伤或治疗不足,建立了眼底层状模型并采用二维有限元法求解生物传热方程,从理论上分析了激光引起的视网膜和脉络膜的温度变化.在相同光斑条件下最高温升与照射功率成正比、与眼睛透射率成反比,可从任意功率出发计算达到阈值温升所需要的功率.在此基础上提出了照射功率与光斑直径、眼睛透射率和阈值温升的定量关系,根据此关系式得到的功率使得阈值温升在光斑直径变化时保持不变.     

采用AOTF技术的红外光谱仪的设计

介绍了采用AOTF技术的红外光谱仪的总体结构。讨论了单色系统和光谱接收系统的光学设计问题,以及单片机控制下的DDS频率 波长扫描电路和光谱信号相关检测电路。概述了PC机控制系统的组成和设计考虑。     

A numerical simulation of photothermal response in laser medicine

In this paper, we reported a numerical solution of laser induced thermal effect in the bio-tissue. The model of photothermal effect and classical Pennes bio-heat transfer equation were introduced. Finite element method (FEM), which was realized by Matlab software, was used to calculate the temperature distribution. He-Ne laser (633 nm) was used to simulate the physical therapy in in vivo skin tissue. Under the cylinder coordinates, the three-dimension(3-D) geometry of tissue was reduced to two-dimension(2-D)     

采用AOTF技术的新型红外单色系统的研制

概述了声光可调谐滤光器 (AOTF)的基本色散原理 ,介绍了以AOTF为色散元件的红外单色系统的组成。对光源准直系统和系统工作距离进行了分析讨论。对DDS的使用以及DDS与DSP之间接口设计进行了介绍。理论和实验表明 ,输出红外光波数与驱动频率成良好线性关系。系统输出红外光波长范围 2 5～ 5 0 μm ,光谱半宽度为 15nm