不同脉冲激光功率下生物组织温度场数值仿真研究.pdf

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1、单宁：不同脉冲激光功率下生物组织温度场数值仿真研究《激光杂志}2014年第35卷第6期LAsEIAL(v01．35．No．6．2014)7·实验技术与装置·不同脉冲激光功率下生物组织温度场数值仿真研究单宁，战仁军，夏烈祥(武警工程大学装备工程学院，西安710086)摘要：激光以其优异的性能广泛应用于医学和军事领域。为有效防护激光过度损伤，需研究激光与生物组织的热作用机理。本文分析了激光与生物组织作用的热传递数学模型，讨论了组织的边界条件，建立了皮肤生物组织的三层有限元网格模型，给出了采用ANSYS软件进行组织温度场求解的流程，数值仿真研究了不同功率脉冲激光在皮肤组织内

2、部产生的温度场特性，得出了组织内部不同径向长度、轴向深度在不同时刻下的温度场变化趋势。结果表明，激光功率几何倍增时，组织内部的最大温升呈几何倍增趋势；条件一定时，组织温升区域不随激光功率变化而变化。随着激光功率增加，生物组织表层温度变化的剧烈程度增大，而内部温度变化的剧烈程度较小，且随着轴向深度增加，组织内部温度逐渐呈线性趋势。关键词：激光；生物组织；功率；温度分布；有限元DOI编码：doi：10．3969／j．issn．0253—2743．2014．06．007中图分类号：TN248文献标识码：A文章编号：0253．2743(2014)06—007—04Numeri

3、calSimulationStudyofTemperatureDistributioninBio-tissueGeneratedbyDiferentPowerPIllseLaserSHANNing，ZHANRen~un，XIALie-xiang(EquipmentEngineeringCollege，EngineeringUniversityofCAPF,Xi’all710086，China)Abstra~：Laseriswidelyappliedinmilitaryandmedicinefieldsbecauseofitsexcellentcapability．In

4、ordertoef-fectivelydefendexcessdamagebylaser,thethermalprocessingtheoryofskintissuegeneratedbylasershouldbecar—riedout．Themathematicsmodelofbio—tissueheattransferthatisirradiatedbylaserisanalyzed．Andboundarycondi—tionsofbio—tissuearediscussed．ThreelayerFEMgridmodelofbio—tissueisestablis

5、hed．Thesolvingflowoftemper-atureintissueisgivenbyadoptingANSYSsoftware．Thetemperaturedistributioncharacteristicofskintissuegener—atedbydiferentpowerpulselaserisnumericalsimulated．Thediferenttimestemperaturechangetrendindiferentradiallengthandaxisdepthskintissueiseduced．Theresultsshowtha

6、tthebiggesttemperatureascendinbio-tissueisincreasinggeometrydoublywiththelaserpowerincreasegeometrydoubly．Whentheconditionsarethesame，thear—eaoftemperatureascendinbio-tissuedoesn’tchangewithlaserpowerchanging．Theacuitydegreeoftemperaturechangeonthesurfacelayerbio—tissueincreasewithlaser

7、powerincreasing．Buttheacuitydegreeoftemperaturechangeinnerbio．tissueisless．Thetemperatureinbio—tissueassumelinearitytrendwithaxisdepthincreasing．1【e、r硼劬：laser；bio—tissue；power；temperaturedistribution；FEM激光是一种大功率密度的新型光源，具有方向性激光作用下的传热机理仍不是十分明确。目前，国内强、发散度小和亮度高等优点，广泛应用于激光热疗、外对于激光与生