不同形状连续激光辐照皮肤组织温度场数值模拟

本文基于生物组织热传导方程,分析了连续平顶型激光和连续高斯型激光辐照皮肤组织的热传递规律,建立了更为接近细胞尺寸的三层皮肤组织模型,采用有限元方法对两种不同形状激光作用于皮肤组织时产生的温升情况进行了数值模拟,仿真研究了不同作用时间、不同表面距离和不同深度的皮肤组织温度场分布。结果表明,相同条件下,由连续平顶型激光在组织内部产生的最高温度明显小于高斯型的,主要原因是平顶型激光能量分散,而高斯型能量相对集中。连续高斯型激光辐照组织后产生的温升区域面积和穿透深度均较大,撤去激光后达到初始温度的冷却时间也相应较长。     

不同脉冲激光功率下生物组织温度场数值仿真研究

激光以其优异的性能广泛应用于医学和军事领域。为有效防护激光过度损伤,需研究激光与生物组织的热作用机理。本文分析了激光与生物组织作用的热传递数学模型,讨论了组织的边界条件,建立了皮肤生物组织的三层有限元网格模型,给出了采用ANSYS软件进行组织温度场求解的流程,数值仿真研究了不同功率脉冲激光在皮肤组织内部产生的温度场特性,得出了组织内部不同径向长度、轴向深度在不同时刻下的温度场变化趋势。结果表明,激光功率几何倍增时,组织内部的最大温升呈几何倍增趋势;条件一定时,组织温升区域不随激光功率变化而变化。随着激光功率增加,生物组织表层温度变化的剧烈程度增大,而内部温度变化的剧烈程度较小,且随着轴向深度增加,组织内部温度逐渐呈线性趋势。     

脉冲激光辐照生物组织温度场实时测量研究

针对激光与生物组织热效应研究中的温度场实时测量难题,分析了光纤F P温度传感器的工作原理,讨论了Fabry Perot(F P)腔的温度传感模型,设计、搭建了一种用于温度场测量的低细度光纤F P传感系统,基于该传感系统建立了激光辐照生物组织温度场的实时测量系统,实验研究了脉冲激光辐照下生物组织表皮距离激光源不同地方的温度分布。结果表明,该传感系统能有效实现生物组织温度场实时测量,体积小,外径仅为250 μm,对生物组织创伤小,温度响应时间小于1 s,反应较快,能满足实际需求。传感器距离激光源越远,探测到的组织温升越低,传感系统响应时间越长。     

强激光辐照下生物组织二维瞬态温度场分布数值模拟

基于生物组织热传导方程,探讨了强激光辐照生物组织的热传递规律,建立了三层皮肤组织模型,用有限元方法对脉冲激光作用于生物组织时产生的温升进行了数值模拟,给出了皮肤组织的二维瞬态温升云图．研究了激光脉宽、束腰半径等参数对生物组织径向、轴向温度的影响趋势。结果表明,激光束腰半径增大,皮肤组织的径向温升扩散区域及轴向温升深度增大．中心最高温度减小激光脉宽减小,中心最高温度增大。激光辐照结束后,皮肤组织温升会持续一段时间,达到峰值后逐渐、下降。     

脉冲激光辐照皮肤组织的热效应解析计算研究

具有一定强度的激光辐照皮肤组织时可造成组织的破坏.建立了激光与皮肤组织相互作用的二维非稳态温度场模型,在柱坐标系下采用积分变换法精确求解了单脉冲及多脉冲激光辐照皮肤组织的热传导方程,得到瞬态温度场分布,并以1064 nm波长激光辐照皮肤组织为例,数值模拟了皮肤组织在激光作用下的温度分布.研究结果表明:脉冲激光与组织的热效应在很大程度上取决于激光参数,主要有激光能量、焦斑半径、重复频率等.     

脉冲激光辐照皮肤组织的热效应数值模拟研究

具有一定强度的激光辐照皮肤组织时可造成组织的破坏.本文建立了激光辐照皮肤组织的二维热效应模型,并在柱坐标系下精确求解了高斯分布的激光脉冲辐照皮肤组织的热传导方程,得到瞬态温度场分布.研究结果表明:脉冲激光对皮肤组织的热损伤,最早发生在光束中心处,并沿着径向和轴向衰减,当脉冲激光辐照后一段时间,温度达到最大值时并不是发生在脉冲结束时,而是在脉冲结束后的一段时间内.脉冲激光辐照皮肤组织,激光能量密度起着决定性因素,焦斑半径也是影响作用效果的一个非常重要的参数.     

强激光辐照下生物组织的瞬态温度场研究

研究生物组织在强激光作用下的瞬态温度分布,探讨强激光作用下生物组织的热传输规律,采用数值方法中的有限差分法求解热传导方程,得出了生物组织纵切面上温度的时空分布图、生物组织轴向温度按指数规律降低及径向上温度按偶次方幂函数规律变化,根据纵切面上温度时空分布图估算出热损伤深度,当激光功率密度分别为175W／cm^2和298W／cm^2时,热损伤深度分别为0．28mm和0．24mm,其值与相关实验值较好地符合。     

激光辐照皮肤组织的热效应解析计算研究

为了研究工作波段在近红外的激光安全问题,建立了连续激光辐照生物组织的热学模型,通过分离变量法求解热传导方程,得出了生物组织在激光辐照阶段和扩散阶段皮肤组织瞬态温度分布的精确解析解,并以氧碘激光辐照皮肤组织为例,计算了皮肤组织在激光辐照下的温度场分布。结果表明,皮肤组织温升随激光辐照时间和功率密度的增加而增加,辐照结束后,皮肤表面温度缓慢下降,深处温度先缓慢上升,再缓慢下降。分析结论与相关实验结果取得一致,证实了所建模型的合理性。该结论对于其它连续激光对物质的热损伤研究是有帮助的。     

连续激光辐照皮肤组织的热效应解析计算研究

具有一定强度的激光辐照皮肤组织时可造成组织的破坏。建立了激光与皮肤组织相互作用的二维非稳态温度场模型,在柱坐标系下采用积分变换法精确求解了平顶和高斯分布的连续激光辐照皮肤组织的热传导方程,得到瞬态温度场分布,并以氦氖激光辐照皮肤组织为例,数值模拟了皮肤组织在激光作用下的温度分布。研究结果表明：皮肤组织径向温度分布与入射激光光束的光强分布相似,激光与组织热效应在很大程度上取决于激光参数,主要有激光功率、焦斑半径等。     

正弦脉冲激光热弹激发超声应力脉冲特性研究

应用一维热传导方程和纳维叶-斯托克斯(Navier-Stokes)方程,采用简化的正弦脉冲波形模型对激光激发产生的超声应力脉冲进行理论研究,分别得出弱吸收试样表面是钳紧或自由情况下应力脉冲的表达式。结果表明表面钳紧时应力脉冲是单极性的,自由时是双极性的,应力脉冲宽度远大于激光脉冲宽度,应力脉冲极值的幅度随着厚度的增加而逐渐减小,更加接近真实的斜高斯(skew-Gaussian)激光脉冲,且更具有普遍性。     

高反射薄膜在DF激光辐照下的温度场分布

建立了光学薄膜温度场的基本理论,利用交替隐型技术,对3.8μm DF激光辐照下高反射薄膜的温度场分布进行了数值模拟和理论分析。     

基于正弦脉冲波形的激光超声热弹机制理论研究

应用一维热传导方程和Navier-Stokes(N-S)方程,采用简化的正弦脉冲波形模型对激光激发产生的应力脉冲进行了理论研究,分别得出了弱吸收试样表面是钳紧或自由情况下超声应力脉冲的表达式.结果表明,正弦脉冲模型与目前所采用的模型具有相同的结论,超声应力脉冲极值的幅度取决于试样的光学、热学特性和厚度,更加接近真实的skew-Gaussian激光脉冲,且更具有普遍性.     

激光照射下生物组织内的双曲型导热研究

以激光在生物医学中的应用为背景 ,对激光照射下生物组织内的双曲型导热问题进行了研究。将激光传输的七流模型与圆柱坐标系内的二维双曲型导热模型相结合建立了理论模型 ;将激光照射处理为容积吸收 (即考虑激光在生物组织中的散射和吸收 )所得到的计算结果 ,与将激光照射处理为第二类传热边界条件所得到的计算结果相比 ,两者差别很大 ;考察了激光照射下散射系数和吸收系数对生物组织内双曲型导热的影响。     

大功率半导体激光器阵列稳态温度分布分析

通过对大功率激光器阵列热现象的分析,采用有限元分析法建立了大功率激光器稳态工作时的空间温度分布模型,给出了具体的温度分布曲线,由此模型得出大功率激光器阵列沿谐振腔方向有一定的温度差.该模型给出的载体、芯片的温度分布,可以指导阵列载体、散热器的设计,优化它们的尺寸.样品的实验数据与模型的理论预测结果吻和得很好.     

He-Ne激光加蒽林软膏对家免皮肤影响的研究

This research shows that He-Ne laser plus anthralin has a distinct effect on proliferating the number of blood vessels and folliclis of rabbit's skin, and the growth of hair was very fast. This result has provided the basis for the clinical practice.