مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

شبیه سازی عددی اثر حرارتی لیزر پرتو پیوسته در بافت زنده حامل جریان خون

نویسندگان
دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته
چکیده
در کار حاضر، شبیه سازی اثر حرارتی لیزر پرتو پیوسته بر بافت زنده پوست حامل جریان خون مورد بررسی قرار گرفته است. برای این کار، یک محیط یک بعدی در نظر گرفته شده که در یک سطح تحت تاثیر تشعشع لیرز و سطح دیگر به واسطه تماس با دیگر قسمت بدن، در دمای ثابت 37 درجه سانتی گراد باقی مانده است. پرتو های لیزر به صورت پیوسته و عمود بر سطح تابیده می شود. بافت پوست به عنوان یک محیط شدیداً پراکنده کننده و غیر ایزوترپیک می باشد و محیط داخلی بصورت محیط خاکستری با دیواره های مرزی سیاه فرض شده اند. جریان خون نیز در معادله زیست گرمایی بافت پوست لحاظ شده است. معادلات حاکم بر این مسئله، معادله تشعشع به همراه رسانش می باشد که روش راستاهای مجزا برای حل معادله تشعشع، روش حجم محدود برای حل معادله انرژی و روش مقیاسی برای بیان تأثیر پراگندگی غیر ایزوتروپیک پوست استفاده شده است. صحت سنجی با کارهای دیگر محققین صورت پذیرفته است و در نهایت، اثر تغییر پارامتر های نوری و فیزیکی بافت مانند ضریب تشعشع-رسانش، ضریب پراکنندگی البدو، ضریب میرایی، اثر جریان خون و تاثیر تغییرات شار لیزر بر زمان افزایش دمای بافت و عمق نفوذ حرارت بررسی گردیده است. لازم به ذکر است که مطالعه حاضر را می توان به عنوان یک کار ارزشمند پایه ای و راهنمای مفید، جهت توسعه کاربردهای شبیه سازی های عددی اثر لیزر در بافت زنده در درمان، جراحی و همچنین کارهای تشخیصی در نظر گرفت.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical simulation of thermal effects of continuous wave laser on living tissue with blood perfusion

نویسندگان English

Seyed Mohammad Ebrahim Shah Amirian
Khosro Lari
Hossein Amiri
چکیده English

In the present work, the thermal effects of a CW laser on skin tissues with blood perfusion are simulated. For this purpose, a one-dimensional medium is considered that is exposed to the laser beams from one side and the other side is at the constant temperature (37℃) because of being touched by other parts of the body. The laser beams are considered to be collimated and perpendicular to the surface of the tissue. The skin tissue is a strong anisotropic scattering medium and is assumed to be gray with black walls. Also, the blood perfusion is considered in the bioheat transfer equation of the skin tissue. The governing equations of this problem are radiative heat transfer coupled with conductive heat transfer that the discrete ordinates method, finite volume method and scaling method is used to solve the radiative transfer equation, the energy equation and to model the anisotropic scattering of the tissue, respectively. Validation of the model is performed by comparison with the other related works. Then, the effects of different optical and physical parameters of tissue such as conduction-radiation parameter, scattering albedo, extinction coefficient, blood perfusion and the effects of laser power on the time of temperature increase of the tissue and thermal penetration depth are studied. It should be mentioned that the results of the present study show valuable guidance for understanding the coupled light and bioheat transport in tissues in therapy, surgery and diagnostic tasks.

کلیدواژه‌ها English

CW laser
Living Tissue
Blood Perfusion
Radiation-Conduction
Discrete Ordinates Method (DOM)