Введение
Глава 1. Лазерная инженерия соединительных тканей 19
1.1. Исторический экскурс 19
1.2. Лазерная термопластика перегородки носа и ушной раковины
1.2.1. Строение и физико-химические свойства хрящей 23
1.2.2. Изменение формы хрящей при лазерном нагреве 27
1.2.3. Эксперименты in vivo. Режимы лазерного облучения 30
1.2.4. Практика лазерной коррекции формы хрящей 37
1.2.5. Разработка аппаратуры для лазерной термопластики хрящей 41
1.3. Лазерная инженерия грудино-реберного комплекса (ГРК) 45
1.3.1. Деформации грудной клетки и актуальность лазерной термопластики ГРК 45
1.3.2. Температурные поля, индуцируемые в реберном хряще лазерным излучением 48
1.3.3. Неустойчивость нагрева при малом коэффициенте поглощения 53
1.3.4. Релаксация механических напряжений и стабильность новой формы 54
1.3.5. Лазерное стереолитографическое моделирование ГРК 58
1.4. Лазерная пластика поверхностной мышечно-фасциальной системы (ПМФС) 61
1.4.1. Актуальность лазерного лифтинга ПМФС 61
1.4.2. Динамика лазерного нагрева и физических свойств ПФМС 62
1.4.3. Физико-химические свойства жировой ткани и их изменени 65
1.4.4. Гистологические исследования 68
1.4.5. Эксперименты in vivo и клинические испытания 69
1.5. Лазерная обработка костной ткани 71
1.5.1. Лазерное формирование отверстий в костной ткани для стапедэктомии 71
1.5.2. Генерирование акустических волн в костной ткани при лазерной абляции 76
1.5.3. Лазерная карбонизация костной ткани 78
1.5.4. Динамика оптических свойств костной ткани в ходе лазерного облучения 85
Заключение к Главе 1 95
Глава 2. Физико-химические процессы при умеренном лазерном нагреве хрящей 96
2.1. Основные типы лазерной термо-модификации биотканей 96
2.2. Диффузионно-лимитированные термо процессы 101
2.2.1. Лазерный нагрев хрящевой ткани. Экспериментальные результаты 101
2.2.2. Моделирование массопереноса при лазерном нагреве 102
2.2.3. Термодиффузия воды в хрящевой ткани 107
2.2.4. Структурные изменения в хрящах как диффузионно-лимитированный процесс 111
2.3. Динамика физико-химических свойств хрящей 115
2.3.1. Релаксация механических напряжений 115
2.3.2. Усадка и изменение формы поверхности 119
2.3.3. Динамика отражения и пропускания света 120
2.3.4. Термохимические изменения в хрящевой ткани 125
2.4. Динамика оптических параметров биологических тканей при лазерном нагреве 127
2.4.1. Методы измерения оптических параметров биологических тканей 127
2.4.2. Прямая и обратная задачи распространения света в биотканях 131
2.4.3. Оптические параметры хрящей на длине волны 1.56 мкм при лазерном нагреве 140
2.4.4. Коэффициенты поглощения хряща и роговицы глаза при лазерном нагреве в диапазоне длин волн 2.2-8.5 мкм 150
Заключение к Главе 2 153
Глава 3. Управляемый лазерный нагрев биологических тканей и его применения 156
3.1. Моделирование температурного поля, индуцируемого лазерным излучением 156
3.1.1. Тепловая задача при лазерном нагреве биотканей 156
3.1.2. Описание разностной схемы 157
3.1.3. Алгоритм расчета 160
3.1.4. Температурное поле в хрящевой ткани при изменении оптических параметров 162
3.2. Бесконтактное измерение теплофизических и оптических параметров биологических
тканей и материалов 163
3.2.1. Подходы к измерению температуропроводности, удельной теплоемкости и эффективного коэффициента поглощения 163
3.2.2. Расчет температурного поля и решение обратной задачи 166
3.2.3. Практическая реализация методики 167
3.2.4. Оптимизация измерений и анализ погрешности 170
3.3. Разработка оптических и теплофизических эквивалентов биологических тканей 174
3.3.1. Физические эквиваленты биологических тканей 174
3.3.2. Синтез ПАА гидрогелей 176
3.3.3. Теплофизические и оптические параметры хрящевой ткани и ПАА гидрогелей 176
3.4. Лазерный нагрев биологических тканей по заданному сценарию 181
3.4.1. Лазерный нагрев с обратной связью 181
3.4.2. Расчет температурного поля в условиях работы ПИД-регулятора 183
3.4.3. Оптимизация параметров ПИД-регулятора 186
3.4.4. Реализация лазерного нагрева с обратной связью 192 3.5. Возможности дистанционной лазерной калориметрии в открытой системе 193
3.5.1. Динамика изменения мощности лазера при нагреве с постоянной скоростью 193
3.5.2. Моделирование температурного поля в условиях протекания энергоемких процессов... 194
3.5.3. Варианты реализации лазерной калориметрии 197
Заключение к Главе 3 198
Глава 4. Рефлектометрия биотканей 200
4.1 Спеклометрия термической модификации биотканей 200
4.1.1. Динамика спеклов при лазерном нагреве хрящей 200
4.1.2. Автоматизированная спеклометрия диффузно отраженного света при лазерном нагреве биотканей 205
4.1.3. Спеклометрия лазерного нагрева биотканей с помощью волоконного жгута 209
4.1.4. Анализ кинетики термической модификации биотканей 212
4.2. Рефлектометрия анизотропных тканей 215
4.2.1. Литературные сведения и постановка задачи 215
4.2.2. Материалы и методы 216
4.2.3. Контуры равной интенсивности 219
4.2.4. Сравнение теории с экспериментом 222
4.2.5. Влияние вектора поляризации 225
4.3. Поляриметрическая визуализация структур биотканей 227
4.3.1. Постановка задачи и краткий обзор литературы 227
4.3.2. Визуализация текстуры кожи при раннем фиброзе 229
4.3.3. Математическая обработка поляризационных изображений 231
4.3.4. Разработка поляризационной аппаратуры 236
Заключение к Главе 4 240
Глава 5. Оптическая модель биологической ткани 243
5.1. Рассеяние света в случайно-неоднородной двухфазной среде 243
5.2. Распределение фотонов между фазами среды 250
5.3. Коэффициент анизотропии 251
5.4. Матрица рассеяния неоднородной двухфазной среды 252
Заключение к Главе 5 254
Выводы к диссертации 255
Список сокращений 257
Благодарности 257
Список литературы
