ВВЕДЕНИЕ 3
1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 4
2. ЗАДАЧА ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НАГРЕТОЙ ДВУСЛОЙНОЙ
МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЧАСТИЦЫ НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ ТКАНЬ 17
2.1. Задача в случае учёта поглощения излучения частицей и оболочкой частицы 17
2.1.1. Физическая постановка задачи 17
2.1.2. Математическая постановка задачи в размерном виде 18
2.1.3. Методика решения задачи в размерном виде 18
2.1.4. Проверка программы на сходимость и точность решения 20
2.1.5. Результаты расчета 22
2.2. Задача в случае учёта поглощения излучения лазера оболочкой частицы и рассеяния импульса биотканью 29
2.2.1. Физическая постановка задачи 29
2.2.2. Математическая постановка задачи 29
2.2.3. Методика решения задачи 30
2.2.4. Результаты расчета 30
3. ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОГРЕВА БИОТКАНИ НАГРЕТОЙ
ЧАСТИЦЕЙ 37
3.1. Математическая постановка задачи 37
3.2. Методика решения задачи 38
3.3. Результаты расчёта 40
3.3.1. Результаты расчёта для области при действии одиночного импульса 40
3.3.2. Результаты расчёта для области при действии серии импульсов 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 46
ЛИТЕРАТУРА
Одним из направлений в современной медицинской физике является разработка методов малоинвазивной микрохирургии.
Эти методы подразумевают минимальное хирургическое вмешательство в организм человека и позволяют уменьшить степень травмирования тканей.
В основе данного метода — оперирование через точечные проколы тканей или естественные физиологические отверстия.
Передовой методикой малоинвазивной микрохирургии является лазерная микрохирургия.
Её суть заключается в воздействии соответствующих лучей на ткани, что позволяет выполнять разрезы без кровотечений, «запечатывать» сосуды и т.д. Она находит широкое применение в проктологии и гинекологии, а также используется для удаления злокачественных образований.
Воздействие наночастицы на биоткань может быть, как химическое, так и тепловое.
Основной областью применения лазерных технологий является биомедицинская оптика. Использование лазерного излучения позволяет проводить диагностику, терапию и хирургические операции.
Главной целью для достижения положительного эффекта лечения с использованием лазерного излучения является подбор оптимальных параметров лазера, с учётом оптических параметров биоткани.
С целью оптимизации параметров возникает необходимость разработки математических моделей, которые позволяют произвести оценку параметров, корректно решить поставленную задачу и оценить результат, полученный при воздействии уже выбранного лазера с определенными параметрами на конкретную биоткань.
Построение математической модели позволяет путём изменения (варьирования) исходных параметров излучателя подобрать оптимальные и провести анализ полученных результатов.
В настоящей работе решена задача о тепловом взаимодействии между металлической двуслойной наночастицей и биологической тканью.
1. Разработаны физико-математические модели теплового взаимодействия между биотканью и нагретой наночастицей. Составлены алгоритмы и программы численной реализации алгоритримов расчета задач на языке Fortran. Проведено численное исследование задачи прогрева биологической среды импульсным лазером с помощью метода конечных разностей.
2. Выполнен анализ скорости прогрева среды в зависимости от параметров лазера и коэффициентов поглощения частицы и оболочки. Выполнен анализ скорости прогрева среды в зависимости от параметров лазера, и коэффициента поглощения оболочки с учётом рассеивания излучения в среде в е - раз. При увеличении времени импульса и времени паузы при одном и том же соотношении прогрев среды осуществляется равномерно и тем быстрее, чем больше это увеличение. При увеличении времени остановки лазера и фиксированном времени действия лазера наблюдается прогрев с резкими скачками при переходе в последующие координаты. Скачки температуры тем больше, чем больше время остановки лазера.
3. Проведено параметрическое исследование задачи нагрева биологической ткани, нагретой двухслойной металлической частицей. Определены области параметров, для которых возможен нагрев или перегрев биоткани. Выполнен анализ скорости прогрева среды в зависимости от интенсивности лазера, параметров температуропроводности и теплопроводности среды по отношению к оболочке. Показано, что при больших значениях параметра интенсивности лазера граница области параметров температуропроводности и теплопроводности среды, определяющая область прогрева биоткани, слабо изменяется с изменением времени импульса и времени паузы лазера. Существенное влияние наблюдается только при отношении времени импульса и времени паузы 1 к 1000.
