شبیه سازی نحوه پخش نورلیزر و توزیع حرارتی ناشی از آن در بافت بیولوژیکی

استفاده از پرتو لیزر جایگاه ویژه ای در پزشکی و درمان بیماری ها یافته است . بسیاری از کاربردهای درمانی لیزر با ایجاد اثرات حرارتی همراهند. مدل سازی نحوه بروز این اثرات ، به منظور آگاهی از نتیجه قبل از عمل با انتخاب بهینه پارامترهای سیستم لیزر و نیز مطالعه و جستجوی کاربردهای جدید یا اصلاح روش های درمانی پیشین، اهمیت به سزائی دارد. در این راه بررسی نحوه پخش نور لیزر در بافت بیولوژیکی بسیار مهم است ، چرا که تعیین میزان افزایش دمای بافت پس از تعیین چگالی انرژی حرارتی ذخیره شده در بافت بر اثر تابش لیزر میسر خواهد بود. برای مدل سازی نحوه پخش نور لیزر در بافت روش های مختلفی وجود دارد که در میان آن ها روش مونت کارلو دقیقترین و کاملترین روش موجود می باشد. این روش بر مبنای ثبت توزیع آماری متغیرهای تصادفی استوار است . در روش مونت کارلو از خاصیت ذره ای نور استفاده می شود و ذرات نوری به عنوان بسته های انرژی به بافت بیولوژیکی وارد شده، در آن حرکت می کنند. به منظور شبیه سازی دقیق این حرکت ، پدیده های بازتابش ، شکست ، جذب و پراکندگی نور در بافت مدل می شوند. انرژی نوری که در بافت ذخیره می گردد. عامل اصلی افزایش دمای بافت خواهد بود. برای تعیین میزان افزایش دمای بافت و در پی حل معادله انتشار حرارت در بافت بیولوژیکی، می توان از روش های عددی استفاده نمود. بدین منظور روش تفاضلی هلای محدود انتخاب مناسبی است ، چرا که به سادگی می توان نتایج خروجی روش مونت کارلو را به عنوان ورودی این روش استفاده نمود. در مدل انتشار حرارت در بافت بیولوژیکی، نحوه تبادل حرارت بافت با محیط اطراف آن اعم از هدایت ، تابش و تبخیر آب از سطح بافت در نظر گرفته می شود. به عنوان کاربردهایی از مدل مونت کارلو ایجاد شده ، تغییرات شار نوری در داخل بافت ناشی از تابش لیزر و اثر تغییر در ضریب شکست نوری بافت بر آن مورد مطالعه قرار می گیرد. همچنین طول موج بهینه برای درمان ضایعه پوستی port wine stain تعیین شده، علت اختلاف بین نتایج مشاهدات کلینیکی و شبیه سازی پیشین بررسی می گردد. به عنوان کاربردی از مدل مونت کارلو و مدل انتشار حرارت ،، میازن افزایش دمای بافت کبد گاو بر اثر تابش پرتو لیزر nd:yag تعیین می شود. در این مطالعه اثر تبخیر آب از لایه های سطحی بافت و نیز اثر تغییر در قطر پرتو تابنده مودر مطالعه قرار می گیرند. نتایج شبیه سازی های انجام شده با نتایج شبیه سازی ها و اندازه گیری های عملی موجود در مراجع معتبر قابل مقایسه می باشند.