
- •Набор заданий для проверки достижения конкретных целей обучения
- •29.2. Механизмы фотолюминесценции
- •29.3. Спектры возбуждения и люминесценции. Правило Стокса
- •29.4. Хемилюминесценция
- •29.5. Использование люминесценции в биологии и медицине
- •31.1. Прохождение монохроматического света через прозрачную среду
- •31.2. Создание инверсной населенности. Способы накачки
- •31.3. Принцип действия лазера. Типы лазеров
- •31.4. Особенности лазерного излучения
- •31.5. Характеристики лазерного излучения, применяемого в медицине
- •31.6. Изменения свойств ткани и ее температуры под действием непрерывного мощного лазерного излучения
- •31.7. Использование лазерного излучения в медицине
- •V2: Тепловое излучение. Фотоэффект
- •V3: Тепловое излучение
- •-: Уменьшилась в 81 раз -: уменьшилась в 12 раз -: увеличилась в 12 раз
- •V3: Фотоэффект
- •S: Определить работу выхода электронов из натрия, если красная граница фотоэффекта равна 500 нм.
- •-: Будет, так как энергия фотона больше работы выхода
- •S: Какая доля энергии фотона израсходована на работу вырывания фотоэлектрона, если красная граница фотоэффекта 307 нм и максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона равна 1 эВ? -:
- •V2: Эффект Комптона. Световое давление
- •V3: Эффект Комптона
- •S: Определить импульс электрона отдачи при эффекте Комптона, если фотон с энергией, равной энергии покоя электрона, был рассеян на угол 180°.
- •S: Какая доля энергии фотона при эффекте Комптона приходится на электрон отдачи, если фотон претерпел рассеяние на угол 180°? Энергия фотона до рассеяния была равна 0,255 МэВ.
- •S: Угол рассеяния фотона равен 90°. Угол отдачи электрона равен 30°. Определить энергию падающего фотона.
- •S: Фотон ( 1 пм) рассеялся на свободном электроне под углом 90° Какую долю своей энергии фотон передал электрону?
- •V3: Световое давление
- •S: Определить длину волны фотона, импульс которого равен импульсу электрона, обладающего скоростью 10 Мм/с.
- •S: Определить длину волны фотона, масса которого равна массе покоя электрона.
- •S: Определить длину волны фотона, масса которого равна массе покоя протона.
- •S: Монохроматическое излучение с длиной волны 500 нм падает нормально на плоскую зеркальную поверхность и давит на нее с силой 10 нН. Определить число фотонов, ежесекундно падающих на эту поверхность.
- •V1: Раздел 6. Квантовая физика, физика атома
- •V2: Спектр атома водорода. Правило отбора
- •V2: Дуализм свойств микрочастиц. Соотношение неопределенностей Гейзенберга
- •V2: Уравнение Шредингера
- •V2: Применения уравнения Шредингера
- •V1: Раздел 7. Элементы ядерной физики и физики элементарных частиц
- •V2: Атомное ядро. Элементарные частицы
- •V2: Ядерные реакции
- •V2: Законы сохранения в ядерных реакциях
- •V2: Фундаментальные взаимодействия
31.6. Изменения свойств ткани и ее температуры под действием непрерывного мощного лазерного излучения
Изменение температуры и свойств ткани
под действием непрерывного лазерного излучения
Поглощение мощного лазерного излучения биологической тканью сопровождается выделением теплоты. Для расчета выделяющейся теплоты используют специальную величину - объемную плотность теплоты (q).
Выделение теплоты сопровождается повышением температуры и в тканях протекают следующие процессы:
при 40-60°С имеют место активация ферментов, образование отеков, изменение и в зависимости от времени действия гибель клеток денатурация протеина, начало коагуляции и некрозы;
при 60-80°С - денатурация коллагена, дефекты мембран; при 100°С - обезвоживание, выпаривание тканевой воды; свыше 150°С - обугливание;
свыше 300°С - выпаривание ткани, газообразование. Динамика протекания этих процессов изображена на рис. 31.6.
Рис.
31.6. Динамика
изменения температуры ткани под
воздействием непрерывного лазерного
излучения
1 фаза. Сначала температура ткани повышается от 37 до 100 °С. В этом диапазоне температур термодинамические свойства ткани остаются практически неизменными, и происходит линейный рост температуры со временем (α = const и I = const).
|
2 фаза. При температуре 100 °С начинается выпаривание тканевой воды, и до окончания этого процесса температура остается постоянной.
3 фаза. После выпаривания воды температура вновь начинает расти, но медленнее, чем на участке 1, так как обезвоженная ткань поглощает энергию слабее нормальной.
4 фаза. По достижении температуры Т ≈ 150 °С начинается процесс обугливания и, следовательно, «почернения» биоткани. При этом коэффициент поглощения α возрастает. Поэтому наблюдается нелинейный, ускоряющийся со временем рост температуры.
5 фаза. По достижении температуры Т ≈ 300 °С начинается процесс испарения обезвоженной обугленной биоткани и рост температуры вновь прекращается. Именно в этот момент лазерный луч рассекает (удаляет) ткань, т.е. становится скальпелем.
Степень повышения температуры зависит от глубины залегания ткани (рис. 31.7).
Рис.
31.7. Процессы,
протекающие в облучаемых тканях на
различной глубине: а -
в поверхностном слое ткань нагревается
до нескольких сотен градусов и
испаряется; б -
мощность излучения, ослабленного верхним
слоем, недостаточна для испарения ткани.
Происходит коагуляция ткани (иногда
совместно с обугливанием - черная жирная
линия); в -
происходит нагревание ткани вследствие
передачи теплоты из зоны (б)
Протяженности отдельных зон определяются как характеристиками лазерного излучения, так и свойствами самой ткани (в первую очередь коэффициентами поглощения и теплопроводности).
Воздействие мощного сфокусированного пучка лазерного излучения сопровождается и возникновением ударных волн, которые могут стать причиной механического повреждения прилегающих тканей.
Абляция ткани под воздействием мощного импульсного лазерного излучения
При воздействии на ткань коротких импульсов лазерного излучения с высокой плотностью энергии реализуется другой механизм рассечения и удаления биоткани. В этом случае происходит очень быстрый нагрев тканевой жидкости до температуры Т > Ткип. При этом тканевая жидкость оказывается в метастабильном перегретом состоянии. Затем происходит «взрывное» вскипание тканевой жидкости, которое сопровождается удалением ткани без обугливания. Это явление называется абляцией. Абляция сопровождается генерацией механических ударных волн, способных вызвать механическое повреждение тканей в окрестностях зоны лазерного воздействия. Этот факт необходимо учитывать при выборе параметров импульсного лазерного излучения, например при шлифовке кожи, сверлении зубов или при лазерной коррекции остроты зрения.
|