حل تحليلي انتقال حرارت درون بافت پوست تحت تابش ليزر به همراه انتقال حرارت جابجايي با استفاده از مدل تاخير فاز دوگانه

Analytical Solution of Heat Transfer in LaserIrradiated Skin Tissue with Surface Heat Convection Using Dual Phase Lag Model

توزيع دما در بافت پوست در اثر تابش نور ليزر به همراه انتقال حرارت جابه جايي روي سطح پوست، بررسي مي گردد.پيش بيني زمان سوختگي درجه اول و دوم با استفاده از تخمين آسيب حرارتي به بافت بدست مي آيد. از معادله انتقال حرارت زيستي با مدل تأخير فاز دوگانه، كه يك مدل غير فوريه است، استفاده مي شود. تابش ليزر روي بافت به صورت به شدت جذب شونده در نظر گرفته شده و تأثير تأخير فاز بر روي توزيع دما و عمق نفوذ جبهه ي موج حرارتي با در نظر گرفتن ضرايب انتقال حرارت جابه جايي متفاوت، بررسي شده است. با استفاده از تبديل لاپلاس به همراه روش گسسته سازي و استفاده از شرايط مرزي، يك دستگاه معادله جبري در حوزه ي لاپلاس به دست آمده و با استفاده از لاپلاس معكوس عددي حل شده است. نتايج نشان مي دهد كه تابش ليزر به شدت جذب شونده، پارامتري تعيين كننده در مدت زمان سوختگي در بافت پوست مي باشد. همچنين افزايش ضريب انتقال حرارت جابه جايي، تأثير چشمگيري بر نتايج دارد، به گونه اي كه با در نظر گرفتن جابه جايي طبيعي روي سطح، زمان هاي سوختگي درجه اول و درجه دوم، حداقل 0/02 ثانيه به تعويق مي افتد

The temperature distribution in the laser-irradiated biological tissue is investigated considering heat convection. The first- and the second-degree burn times are predicted using estimation of thermal damage. A non-Fourier equation of bio-heat transfer based on dual phase lag model is employed. The transport behavior of laser light in the tissue is regarded as highly absorbed and effects of the phase lag times on thermal response and thermal damage are explored considering different heat convection coefficients. The Laplace transform with discretization technique and also using boundary conditions, a set of algebraic equations in Laplace domain is generated which are solved by numerical Laplace inverse transform. The results show that the highly absorbed laser light in the tissue plays an important role in the burned skin time. Also, convective heat transfer boundary condition on the surface provides different results, even by considering the natural convection on the surface, and the first- and the second-degree burns are postponed at least 0.02 second.