Введение
Глава 1. Обзор литературы 8
1.1. Области применения лазеров в медицине 8
1.2. Физико-химический аспект взаимодействия лазерного излучения с биологической тканью 12
1.3. Методы реализации управляемого лазерного нагрева 15
1.3.1. Измерение динамики температурного поля биологических тканей при лазерном воздействии 15
1.3.2. Теоретическое моделирование температурного отклика биологической ткани при лазерном воздействии 17
1.3.3. Измерение оптических и теплофизических параметров 27
1.3.3.1. Методы измерения оптических параметров 27
1.3.3.2. Динамика оптических свойств биологических тканей при лазерном воздействии 31
1.3.3.3. Методы измерения теплофизических параметров биологических тканей 33
1.3.4. Оптические и теплофизические эквиваленты биологических тканей 35
1.3.5. Управление лазерным нагревом с обратной связью 37
Глава 2. Моделирование неоднородных и нестационарных световых и температурных полей биологических тканей при лазерном воздействии 41
2.1. Расчет светового поля методом Монте-Карло 41
2.1.1. Формулировка задачи 43
2.1.2. Алгоритм расчета 45
2.1.3. Выбор расчетных параметров 48
2.2. Расчет температурного поля методом конечных разностей 49
2.2.1. Формулировка задачи 49
2.2.2. Описание разностной схемы 50
2.2.3. Алгоритм расчета 59
2.2.4. Выбор расчетных параметров 61
2.2.5. Основные результаты расчетов 63
Глава 3. Материалы и методы измерений 67
3.1. Материалы 67
3.1.1. Хрящевая ткань 67
3.1.2. Полиакриламидный гидрогель 67
3.2. Термический анализ биоматериалов 68
3.3. Измерение температурного поля образцов 69
3.3.1. Измерение температуры с помощью термопар 69
3.3.2. Измерение температуры с помощью тепловизионной камеры 69
3.4. Измерение полного отражения, полного и коллимированного пропускания при лазерном воздействии и контроле температуры 69
3.5. Источник излучения 72
Глава 4. Динамика оптических свойств биологических материалов на длине волны 1.56 мкм при лазерном нагреве 73
4.1. Динамика полного отражения, полного и коллимированного пропускания при лазерном воздействии и контроле температуры 74
4.2. Расчет оптических параметров методом обратного Монте-Карло 76
4.3. Результаты измерений оптических параметров 78
4.4. Механизм просветления биологических тканей на длине волны 1.56 мкм 80
4.5. Заключение 85
Глава 5. Бесконтактное измерение теплофизических и оптических свойств биоматериалов методом лазерной ИК радиометрии 86
5.1. ИК радиометрия при лазерном нагреве 86
5.2. Расчет температуропроводности, теплоемкости и эффективного коэффициента 88
5.3. Теплофизические и оптические параметры хрящевой ткани и полиакриламидных гидрогелей 95
5.4. Разработка тепло физического и оптического эквивалента биологической ткани 99 5.4Л. Термическая стабильность полиакриламидных гидрогелей 100
5.4.2. Калибровка лазерных медицинских систем 104
5.5. Заключение 107
Глава 6. Управление температурным полем биоматериалов при лазерном воздействии 108
6.1. Моделирование лазерного нагрева с обратной связью 109
6.1.1. Формулировка задачи 109
6.1.2. Расчет температурного поля в условиях работы ПИД-регулятора 112
6.1.3. Выбор оптимальных параметров ПИД-регулятора 115
6.1.4. Нагрев с постоянной скоростью 119
6.1.5. Быстрый нагрев и удержание заданной температуры 125
6.2. Экспериментальная реализация лазерного нагрева с обратной связью 132
6.3. Возможности дистанционной лазерной калориметрии в открытой системе 133
6.3.1. Динамика мощности лазера при нагреве с постоянной скоростью 133
6.3.2. Моделирование температурного поля в условиях протекания энергоемких процессов 134
6.3.3. Варианты реализации лазерной калориметрии 137
6.4. Заключение 139
Выводы 140
Список литературы 141
