МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ ЛАЗЕРНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ НА ЗМІНУ ТЕМПЕРАТУР У БІОЛОГІЧНИХ ТКАНИНАХ
DOI:
https://doi.org/10.20535/1970.67(1).2024.306876Ключові слова:
лазерне випромінювання, тепломасообмін, теплопровідність, біологічна тканина, моделі змін температурного градієнту в біологічній тканиніАнотація
Моделювання впливу лазерного випромінювання на біологічні тканини грає ключову роль, з огляду на дослідження та розвиток лазерних технологій в біології та медицині, надає можливість визначити, як лазерне випромінювання (ЛВ) взаємодіє з різними типами тканин та органів, а також визначити оптимальні параметри ЛВ для досягнення потрібного результату. Моделі можуть враховувати різні фізичні процеси, що відбуваються під час опромінення: поглинання енергії, розповсюдження тепла, зміни в структурі та функціях тканин, та прогнозувати реакцію біологічних тканин на різні режими лазерного впливу, зокрема інтенсивність, довжину хвилі, час опромінення. У медицині моделювання використовують для визначення оптимальних параметрів лазерного впливу для конкретних захворювань або процедур. Наприклад, моделювання надає можливість визначити оптимальну дозу опромінення під час проведення лазерної терапії або хірургічних втручань, дозволяє оцінити можливі ризики, пов'язані зі впливом ЛВ, наприклад, перегрівання тканин або прояви побічних ефектів. Це поліпшує розробку безпечних та ефективних методів застосування ЛВ. Крім того, оптимізація параметрів лазерного випромінювання актуальна для мінімізації ризику ураження навколишніх тканин. Моделювання впливу ЛВ може бути використане для розробки нових лазерних технологій та пристроїв, що спрямовані на покращення результатів застосування ЛВ у медицині. Отже, моделювання впливу лазерного випромінювання на зміну температури в біологічних тканинах відіграє важливу роль у покращенні розуміння процесів у біологічній тканині та сприятиме розвитку нових методів та технологій, а також оптимізації застосування ЛВ для досягнення ефективних результатів лікування та безпеки пацієнтів.
Посилання
V. Shvidkiy and M. Tereshchenko, “Dynamics of changes in parameters of laser radiation in biological fabrics”, Bull. Kyiv Polytech. Inst. Ser. Instrum. Mak., no. 54(2), pp. 111–118, Dec. 2017. (in Ukrainian)
T. Mayerhöfer, S. Pahlow, and J. Popp, "The Bouguer-Beer-Lambert Law: Shining Light on the Obscure", ChemPhysChem, vol. 21, 2020, DOI: 10.1002/cphc.202000464
G. Tymchik, M. Tereshchenko, M. Pechena, “Monitoring of temperature changes during laser therapy”, Bull. Kyiv Polytech. Inst. Ser. Instrum. Mak., is. 47(1), pp. 156-162, 2014.
D. Maillet, "A review of the models using the Cattaneo and Vernotte hyperbolic heat equation and their experimental validation", International Journal of Thermal Sciences, vol. 139, pp. 424-432, 2019. DOI: 10.1016/j.ijthermalsci.2019.02.021.
S. V. Pavlov, V. Vuytsik, R. L. Golyaka, N. V. Titova, L. E. Nikiforova, O. D. Azarov, and O. S. Komarova, “Peculiarities of design of thermal flow sensors for biomedical applications value", Optical-Electronic Information-Energy Technologies, vol. 44, no. 2, pp. 66-81, 2022. DOI: 10.31649/1681-7893-2022-44-2-66-81 (in Ukrainian)
O. Komarova, “Experimental evaluation of the homogeneity of the output streams of optical radiation of a rectangular shape for various versions of the output sections of the light guide nozzles for medical laser equipment”, Bull. Kyiv Polytech. Inst. Ser. Instrum. Mak., no. 65(1), pp. 123–127, Jun. 2023. DOI: 10.20535/1970.65(1).2023.283458. (in Ukrainian)
B. Bataliya and M. Tereshchenko, “Modeling of temperature gradients during the interaction of laser radiation with biological tissue”, Bull. Kyiv Polytech. Inst. Ser. Instrum. Mak., no. 66(2), pp. 93–99, Dec. 2023. DOI: 10.20535/1970.66(2).2023.295047 (in Ukrainian)
G. Tymchik, M. Tereshchenko, O. Lyashenko, O. Gnateyko, “Research of the influence of laser radiation on temperature processes in biological tissues”, Bull. Kyiv Polytech. Inst. Ser. Instrum. Mak., is. 49(1), pp. 153-158, 2015.
T.-C. Shih, P. Yuan, W.-L. Lin, та H.-S. Kou, "Analytical analysis of the Pennes bioheat transfer equation with sinusoidal heat flux condition on skin surface", Medical Engineering & Physics, vol. 29, no. 9, pp. 946-953, 2007.
R. Kovács, P. Rogolino, “Numerical treatment of nonlinear Fourier and Maxwell-Cattaneo-Vernotte heat transport equations”, International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 150, 2020, 119281, ISSN 0017-9310.
S. M. Matvienko, G. S. Tymchyk, M. F. Tereshchenko, A. M. Matvienko, "Influence of convection processes in a liquid on the error of thermal conductivity measurement by the method of direct heating of the thermistor", Scientific news of NTUU KPI, no. 4, p. 121–130, 2017. (in Ukrainian)
S. Banerjee, S. K. Sharma, “Use of Monte Carlo simulations for propagationo flight in biomedical tissues”, Appl.Opt., 49(22),4152–4159, 2010.
Bagh Ali, Yufeng Nie, Sajjad Hussain, Danial Habib, Sohaib Abdal, "Insight into the dynamics of fluid conveying tiny particles over a rotating surface subject to Cattaneo–Christov heat transfer, Coriolis force, and Arrhenius activation energy," Computers & Mathematics with Applications, vol. 93, pp. 130-143, 2021. ISSN 0898-1221.
Wenzhi Yang, Amin Pourasghar, Yi Cui, Liqun Wang, Zengtao Chen, “Transient heat transfer analysis of a cracked strip irradiated by ultrafast Gaussian laser beam using dual-phase-lag theory”, International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 203, 2023, 123771. ISSN 0017-9310.
Hua Li, Zhoutian Fan, Qun Nan, Yanyan Cheng, “Numerical simulation of electromagnetic heating process of biological tissue via time-fractional Cattaneo transfer equation”, Journal of Thermal Biology, vol. 94, 2020, 102789. ISSN 0306-4565
Amal Al-hanaya, Z.Z. Rashed, Sameh E. Ahmed, “Radiative flow of temperature-dependent vis-cosity power-law nanofluids over a truncated cone saturated heat generating, porous media: Impacts of Arrhenius energy”, Case Studies in Thermal Engineering, vol. 53, 2024, 103874. ISSN 2214-157X
C. M. Gardner, S. L. Jacques, and A. J. Welch, "Light transport in tissue: accurate expressions for one-dimensional fluence rate and escape function based upon Monte Carlo simulation", Lasers Surg. Med., vol. 18, pp. 129–138, 1996.
Thomas G. Mayerhöfer, Susanne Pahlow, та Jürg Popp, "The Bouguer-Beer-Lambert Law: Shining Light on the Obscure", ChemPhysChem, vol. 21, pp. 2029-2046, 2022.
Ajay Kumar, Sushil Kumar, V.K. Katiyar, Shirley Telles, “Dual phase lag bio-heat transfer during cryosurgery of lung cancer: Comparison of three heat transfer models”, Journal of Thermal Biology, vol. 69, 2017, pp. 228-237. ISSN 0306-4565.
Qiao Zhang, Yuxin Sun, Jialing Yang, “Thermoelastic behavior of skin tissue induced by laser irradiation based on the generalized dual-phase lag model”, Journal of Thermal Biology, vol. 100, 2021, 103038, ISSN 0306-4565
M. Jasiński, E. Majchrzak, L. Turchan, “Numerical analysis of the interactions between laser and soft tissues using generalized dual-phase lag equation”, Applied Mathematical Modelling, vol. 40, is. 2, pp. 750-762, 2016. ISSN 0307-904X.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Пащенко Г. А., Терещенко М. Ф.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторське право на публікацію залишається за авторами.
Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» як на видавця.
Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.
Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.
Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.
