RU2228209C2 - Method for controlling absorbed dose in carrying out low intensity laser therapy - Google Patents

Method for controlling absorbed dose in carrying out low intensity laser therapy Download PDF

Info

Publication number
RU2228209C2
RU2228209C2 RU2002115213/14A RU2002115213A RU2228209C2 RU 2228209 C2 RU2228209 C2 RU 2228209C2 RU 2002115213/14 A RU2002115213/14 A RU 2002115213/14A RU 2002115213 A RU2002115213 A RU 2002115213A RU 2228209 C2 RU2228209 C2 RU 2228209C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
epidermis
absorbed dose
coefficient
dose
biological tissue
Prior art date
Application number
RU2002115213/14A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002115213A (en
Inventor
С.Ф. Корндорф
А.В. Дунаев
Original Assignee
Орловский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Орловский государственный технический университет filed Critical Орловский государственный технический университет
Priority to RU2002115213/14A priority Critical patent/RU2228209C2/en
Publication of RU2002115213A publication Critical patent/RU2002115213A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2228209C2 publication Critical patent/RU2228209C2/en

Links

Abstract

FIELD: medicine. SUBSTANCE: method involves recording portion of power reflected from biological tissue, calculating reflection coefficient and calculating absorbed dose magnitude using reflection coefficient and incident dose magnitude. Power portion lost on local heating of epidermis is checked and recorded by measuring maximum epidermis heating temperatures by means of temperature gages at two points outside of light spot in contact way. Laser radiation absorption coefficient of internal tissues is calculated taking into consideration biological tissue reflection coefficient value and heat absorption coefficient of epidermis to determine internal tissue absorption dose. EFFECT: high accuracy of absorbed dose control. 1 tbl

Description

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к методам контроля физиотерапевтического воздействия инфракрасным лазерным импульсным излучением на внутренние ткани биологического объекта для терапии внутренних органов при лечении различных заболеваний.The invention relates to medical equipment, namely to methods for controlling the physiotherapeutic effect of infrared laser pulsed radiation on the internal tissues of a biological object for the treatment of internal organs in the treatment of various diseases.

Известен способ контроля лазерного излучения на основе метода импульсной фототермической радиометрии биотканей (В.П. Жаров, В.И. Лощилов, Г.П. Чеботарева. Контроль лазерного воздействия на основе метода импульсной фототермической радиометрии биотканей // Тезисы докладов IV Всесоюзной конференции "Тепловизионная медицинская аппаратура и практика ее применения" - Л., 1988. - с.152-153), заключающийся в регистрации неравновесного теплового излучения, вызываемого лазерным облучением биоткани, и определении коэффициента поглощения биотканью лазерной энергии.A known method of monitoring laser radiation based on the method of pulsed photothermal radiometry of biological tissues (V.P. Zharov, V.I. Loshchilov, G.P. Chebotareva. Control of laser radiation based on the method of pulsed photothermal radiometry of biological tissues // Abstracts of the IV All-Union Conference "Thermal Imaging medical equipment and the practice of its use "- L., 1988. - p.152-153), which consists in recording nonequilibrium thermal radiation caused by laser irradiation of biological tissue, and determining the absorption coefficient of biological tissue by laser th energy.

Недостатками данного способа контроля являются использование дорогостоящего тепловизионного оборудования и недостаточная точность определения поглощенной дозы при терапии внутренних органов.The disadvantages of this method of control are the use of expensive thermal imaging equipment and the lack of accuracy in determining the absorbed dose in the treatment of internal organs.

Известен аппарат для диагностики и магнитолазерной терапии (патент RU №2143293, А 61 N 5/06, 1999 г.), в котором реализован биофотометрический метод контроля поглощенной дозы, заключающийся в том, что регистрируют отраженную часть энергии от биоткани, вычисляют коэффициент отражения и по полученному значению коэффициента отражения и значению падающей дозы вычисляют поглощенную дозу.A known device for diagnostics and magnetic laser therapy (patent RU No. 2143293, A 61 N 5/06, 1999), which implements a biophotometric method for controlling the absorbed dose, which consists in recording the reflected part of the energy from the biological tissue, calculating the reflection coefficient and the absorbed dose is calculated from the obtained reflection coefficient value and the falling dose value.

Недостатком данного способа контроля, применяемого в приведенном аппарате, является низкая точность контроля поглощенной дозы при терапии внутренних органов вследствие того, что не учитываются потери энергии на локальный нагрев эпидермиса.The disadvantage of this control method used in the above apparatus is the low accuracy of the control of the absorbed dose in the treatment of internal organs due to the fact that energy losses due to local heating of the epidermis are not taken into account.

Решаемая задача - повышение точности контроля поглощенной дозы при низкоинтенсивной лазерной терапии внутренних органов.The task at hand is to increase the accuracy of control of the absorbed dose in low-intensity laser therapy of internal organs.

Для этого регистрируют отраженную часть энергии от биоткани, вычисляют коэффициент отражения и по полученному значению коэффициента отражения и значению падающей дозы вычисляют поглощенную дозу, при этом, энергию, затраченную на локальный нагрев эпидермиса, регистрируют с помощью контактного измерения максимальных температур нагрева эпидермиса датчиками температуры в двух точках вне светового пятна, рассчитывают коэффициент поглощения лазерного излучения внутренними тканями с учетом коэффициента отражения биоткани и коэффициента теплового поглощения эпидермиса, а затем определяют поглощенную дозу внутренними тканями по выражениюTo do this, the reflected part of the energy from the biological tissue is recorded, the reflection coefficient is calculated, and the absorbed dose is calculated from the obtained reflection coefficient and the falling dose value, while the energy spent on local heating of the epidermis is recorded by contact measurement of the maximum epidermal heating temperatures by temperature sensors in two points outside the light spot, calculate the absorption coefficient of laser radiation by internal tissues, taking into account the reflection coefficient of biological tissue and the coefficient thermal absorption of the epidermis, and then determine the absorbed dose of internal tissues by the expression

Figure 00000001
Figure 00000001

где Dпогл - поглощенная доза лазерной энергии внутренними тканями;where D sw - absorbed dose of laser energy by internal tissues;

Dпaд - падающая доза лазерной энергии;D pad - a falling dose of laser energy;

[1-(ρ+ξ)] - коэффициент поглощения лазерного излучения внутренними тканями;[1- (ρ + ξ)] is the absorption coefficient of laser radiation by internal tissues;

ρ - коэффициент отражения биоткани;ρ is the reflection coefficient of biological tissue;

ξ - коэффициент теплового поглощения эпидермиса.ξ is the coefficient of thermal absorption of the epidermis.

Суть предлагаемого способа контроля поглощенной дозы при низкоинтенсивной лазерной терапии заключается в следующем.The essence of the proposed method for controlling the absorbed dose in low-intensity laser therapy is as follows.

Во время процедуры лазерной терапии внутренних органов регистрируют отраженную часть лазерной энергии от биоткани, производят контактное измерение максимальных температур нагрева эпидермиса датчиками температуры в двух точках вне светового пятна, лежащих на продолжении прямой с центром светового пятна, и определяют градиент температуры на границе светового пятна и окружающих тканей из уравнения теплового баланса эпидермиса в статическом режиме:During the procedure of laser therapy of internal organs, the reflected part of the laser energy from biological tissue is recorded, the maximum temperature of the epidermis is heated by the temperature sensors at two points outside the light spot, lying on the extension of the line with the center of the light spot, and the temperature gradient is determined at the border of the light spot and the surrounding tissues from the equation of the heat balance of the epidermis in static mode:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Θ - максимальная температура нагрева эпидермиса на расстоянии r от центра светового пятна;where Θ is the maximum heating temperature of the epidermis at a distance r from the center of the light spot;

kв - коэффициент теплоотдачи эпидермис-воздух;k in - heat transfer coefficient of the epidermis-air;

km - коэффициент теплоотдачи эпидермис-внутренние слои биоткани;k m - heat transfer coefficient of the epidermis-inner layers of biological tissue;

kmn - коэффициент теплопроводности эпидермиса;k mn is the coefficient of thermal conductivity of the epidermis;

h - толщина эпидермиса;h is the thickness of the epidermis;

Θв и Θт - температура окружающего воздуха и внутренних слоев биоткани соответственно.Θ c and Θ t are the temperature of the surrounding air and the inner layers of the biological tissue, respectively.

Затем рассчитывают мощность РТ, расходуемую на нагрев эпидермиса, по следующему выражению:Then calculate the power P T spent on heating the epidermis, according to the following expression:

Figure 00000003
Figure 00000003

где R - радиус светового пятна;where R is the radius of the light spot;

Figure 00000004
- градиент температуры на границе светового пятна с радиусом R, найденный из уравнения (1).
Figure 00000004
is the temperature gradient at the border of the light spot with radius R, found from equation (1).

Вычисляют коэффициент теплового поглощения эпидермиса ξ из следующего выражения:The coefficient of thermal absorption of the epidermis ξ is calculated from the following expression:

Figure 00000005
Figure 00000005

где Рпад - падающая средняя мощность лазерного излучения, задаваемая при воздействии;where P pad is the incident average laser power set during exposure;

Poтр - отраженная средняя мощность, определяемая по выражению:P Otr - reflected average power, determined by the expression:

Figure 00000006
Figure 00000006

где ρ - коэффициент отражения биоткани.where ρ is the reflection coefficient of biological tissue.

А затем коэффициент поглощения лазерного излучения внутренними тканями к определяют из следующего выражения:And then the absorption coefficient of laser radiation by internal tissues k is determined from the following expression:

Figure 00000007
Figure 00000007

По полученному коэффициенту поглощения лазерного излучения внутренними тканями к и известной падающей дозе Dпад рассчитывают поглощенную дозу внутренними тканями при лазерной терапии внутренних органов по выражению:According to the obtained absorption coefficient of laser radiation by internal tissues to and the known incident dose D pad, the absorbed dose by internal tissues during laser therapy of internal organs is calculated by the expression:

Figure 00000008
Figure 00000008

Падающую дозу лазерной энергии согласно выбранным параметрам воздействия определяют из следующего выражения:The falling dose of laser energy according to the selected exposure parameters is determined from the following expression:

Figure 00000009
Figure 00000009

где S - площадь облучаемого участка биоткани;where S is the area of the irradiated area of the biological tissue;

t - экспозиция (время воздействия).t - exposure (exposure time).

Пример реализации предлагаемого способа контроля поглощенной дозы при низкоинтенсивной лазерной терапии внутренних органов.An example of the implementation of the proposed method for controlling the absorbed dose in low-intensity laser therapy of internal organs.

Падающую дозу лазерной энергии определяют по параметрам воздействия в используемом лазерном терапевтическом аппарате МИЛТА-Ф, а именно, падающей средней мощности Рпад=8,1 мВт, экспозиции t=5 мин и площади облучения биоткани S=4,5 см2. Коэффициент отражения биоткани измеряют с помощью биофотометра, входящего в состав используемого аппарата. Измеряют максимальные температуры нагрева эпидермиса в двух точках вне светового пятна датчиками температуры DS1820 и вычисляют градиент температуры

Figure 00000010
на границе светового пятна с радиусом R=12 мм из уравнения (1) методом численного интегрирования. Коэффициент теплового поглощения эпидермиса рассчитывают по выражению (3). Коэффициент поглощения и поглощенную дозу внутренними тканями вычисляют по выражениям (5) и (6) соответственно.The incident dose of laser energy is determined by the exposure parameters in the used MILTA-F laser therapeutic apparatus, namely, the incident average power P pad = 8.1 mW, the exposure time t = 5 min and the irradiation area of the biological tissue S = 4.5 cm 2 . The reflection coefficient of the biological tissue is measured using a biophotometer, which is part of the apparatus used. Measure the maximum heating temperature of the epidermis at two points outside the light spot by the DS1820 temperature sensors and calculate the temperature gradient
Figure 00000010
on the border of a light spot with a radius R = 12 mm from equation (1) by numerical integration. The coefficient of thermal absorption of the epidermis is calculated by the expression (3). The absorption coefficient and the absorbed dose by the internal tissues are calculated from expressions (5) and (6), respectively.

Результаты вычисления поглощенных доз предложенным способом при низкоинтенсивной лазерной терапии внутренних органов для трех пациентов по сравнению с прототипом представлены в таблице.The results of calculating the absorbed doses of the proposed method for low-intensity laser therapy of internal organs for three patients in comparison with the prototype are presented in the table.

Figure 00000011
Figure 00000011

Таким образом, с помощью измерения коэффициента отражения лазерной энергии от биоткани и регистрации энергии, затраченной на локальный нагрев эпидермиса, контактным измерением максимальных температур нагрева эпидермиса в двух точках вне светового пятна, рассчитывают коэффициент поглощения и поглощенную дозу лазерной энергии внутренними тканями и, тем самым, учитывают не только оптические, но и теплофизические свойства биоткани, а значит, повышают точность контроля поглощенной дозы внутренними тканями при низкоинтенсивной лазерной терапии внутренних органов.Thus, by measuring the reflection coefficient of laser energy from biological tissue and recording the energy spent on local heating of the epidermis, by contact measurement of the maximum heating temperatures of the epidermis at two points outside the light spot, the absorption coefficient and absorbed dose of laser energy by internal tissues are calculated and, therefore, take into account not only the optical, but also the thermophysical properties of the biological tissue, which means they increase the accuracy of the control of the absorbed dose by internal tissues with low-intensity laser Therapy of internal organs.

Claims (1)

Способ контроля поглощенной дозы лазерного излучения при низкоинтенсивной лазерной терапии, заключающийся в том, что регистрируют отраженную часть энергии от биоткани, вычисляют коэффициент отражения и по полученному значению коэффициента отражения и значению падающей дозы вычисляют поглощенную дозу, отличающийся тем, что энергию, затраченную на локальный нагрев эпидермиса, регистрируют с помощью контактного измерения максимальных температур нагрева эпидермиса датчиками температуры в двух точках вне светового пятна, рассчитывают коэффициент поглощения лазерного излучения внутренними тканями с учетом коэффициента отражения биоткани и коэффициента теплового поглощения эпидермиса, а затем определяют поглощенную дозу внутренними тканями по выражениюA method for controlling the absorbed dose of laser radiation during low-intensity laser therapy, which consists in recording the reflected part of the energy from the biological tissue, calculating the reflection coefficient and calculating the absorbed dose from the obtained value of the reflection coefficient and the value of the incident dose, characterized in that the energy spent on local heating epidermis, recorded by contact measurement of the maximum heating temperature of the epidermis with temperature sensors at two points outside the light spot, calculate oeffitsient absorption of laser radiation with the internal tissues of the reflection coefficient of biological tissue and the coefficient of thermal absorption of the epidermis, and the absorbed dose is then determined internal tissues by expression Dпогл=Dпад·[1-(ρ+ξ)],D pogl = D pad · [1- (ρ + ξ)], где Dпогл - поглощенная доза лазерной энергии внутренними тканями;where D sw - absorbed dose of laser energy by internal tissues; Dпад - падающая доза лазерной энергии;D pad - a falling dose of laser energy; [1-(ρ+ξ)] - коэффициент поглощения лазерного излучения внутренними тканями;[1- (ρ + ξ)] is the absorption coefficient of laser radiation by internal tissues; ρ - коэффициент отражения биоткани;ρ is the reflection coefficient of biological tissue; ξ - коэффициент теплового поглощения эпидермиса.ξ is the coefficient of thermal absorption of the epidermis.
RU2002115213/14A 2002-06-06 2002-06-06 Method for controlling absorbed dose in carrying out low intensity laser therapy RU2228209C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002115213/14A RU2228209C2 (en) 2002-06-06 2002-06-06 Method for controlling absorbed dose in carrying out low intensity laser therapy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002115213/14A RU2228209C2 (en) 2002-06-06 2002-06-06 Method for controlling absorbed dose in carrying out low intensity laser therapy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002115213A RU2002115213A (en) 2003-12-27
RU2228209C2 true RU2228209C2 (en) 2004-05-10

Family

ID=32678567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002115213/14A RU2228209C2 (en) 2002-06-06 2002-06-06 Method for controlling absorbed dose in carrying out low intensity laser therapy

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2228209C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6381488B1 (en) Method and apparatus to measure the depth of skin burns
KR20140096267A (en) A safe skin treatment apparatus for personal use and method for its use
US20110230942A1 (en) High-resolution infrared imaging for enhanced detection, diagnosis, and treatment of cutaneous lesions
CN108478192B (en) Measuring system for estimating skin tissue micro-vessel depth
Bornmyr et al. Skin temperature changes and changes in skin blood flow monitored with laser Doppler flowmetry and imaging: a methodological study in normal humans
JP2023100670A (en) Methods and apparatus for optimizing selective photothermolysis
Milne et al. Development of stereotactically guided laser interstitial thermotherapy of breast cancer: In situ measurement and analysis of the temperature field in ex vivo and in vivo adipose tissue
RU2228209C2 (en) Method for controlling absorbed dose in carrying out low intensity laser therapy
Milner et al. Analysis of nonablative skin resurfacing
CN113598943A (en) Surgical instrument and measurement method
Durmuş et al. Investigation of temperature effects of a 635 nm low power solid-state diode laser on agar phantom using two different thermocouples
JP2016123520A (en) Treatment device
Chang et al. Real-time photothermal imaging and response in pulsed dye laser treatment for port wine stain patients
Cho et al. Temperature distribution in deep tissue phantom during laser irradiation at 1,064 nm measured by thermocouples and thermal imaging technique
Saccomandi et al. Theoretical assessment of principal factors influencing laser interstitial thermotherapy outcomes on pancreas
Kaczmarek et al. Rating burn wounds by dynamic thermography
Sun et al. Thermal modeling and experimental validation of human hair and skin heated by broadband light
Li et al. Interstitial photoacoustic technique and computational simulation for temperature distribution and tissue optical properties in interstitial laser photothermal interaction
Dunaev Method and installation used for testing of the absorbed dose of radiation during low-level laser therapy
RU2214844C1 (en) Device for applying laser therapy
Anosov et al. Combined Use of Passive Acoustic and Infrared Thermometry for Monitoring Uhf Heating
CN105435380B (en) The methods of risk assessment of HIFU Treatment equipment based on reverse heat transfer
Ting et al. Prediction of skin temperature distribution in cosmetic laser surgery
Rogatkin et al. Thermal-vision monitoring of processes of heating and microcirculation of blood accompanying low-intensity laser therapeutic procedures
Diaz-Valdes et al. Modeling the thermal response of porcine cartilage to laser irradiation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040607