Моделирование и оптимизация форм-фактора светотехнических систем медицинских аппаратов для широкоспектральной фототерапии ран
Авторы: Камруков А.С., Карначев К.Л., Кондратьев А.В., Нащёкина Ю.А.
Опубликовано в выпуске: #3(159)/2025
DOI: 10.18698/2308-6033-2025-3-2431
Раздел: Механика | Рубрика: Биомеханика и биоинженерия
С использованием программной среды TracePro проведены моделирование и оптимизация светотехнических систем фототерапевтических аппаратов для лечения ран и локализованных инфекций. В качестве источника излучения рассмотрена импульсная ксеноновая лампа. Определены факторы, влияющие на эффективность передачи энергии и однородность распределения излучения по световому пятну. Установлено, что форма диффузного отражателя слабо влияет на характеристики полей облученности. В связи с этим в качестве оптимальных рекомендованы конический и трапецеидальный форм-факторы отражателей как наиболее технологичные в изготовлении. Показано, что коэффициент диффузного отражения рефлектора существенно влияет на энергетические характеристики зоны облучения и равномерность облученности, не изменяя размеры светового пятна. Рассмотрены современные отражающие материалы для фототерапевтических аппаратов. Проведено сравнение результатов численного моделирования полей облученности с данными прямых экспериментальных измерений и показано их хорошее соответствие. Это делает возможным рекомендовать использование разработанного методического подхода при проектировании аппаратов для фото- медицины. Данные, полученные при моделировании, позволяют по известным спектральным характеристикам лампы определять время облучения раневых поражений, необходимое для достижения требуемой энергетической дозы при проведении фототерапевтических процедур.
EDN SQYFNZ
Литература
[1] Lee Ch.-R., Cho I.H., Jeong B.Ch., Lee S.H. Strategies to Minimize Antibiotic Resistance. Int. J. Environ. Res. Public Health, 2013, vol. 10, pp. 4274–4305. https://doi.org/10.3390/ijerph10094274
[2] Fuchs Ch., Negri L.B., Pham L., Tam J. Light-Based Devices for Wound Healing. Current Dermatology Reports, 2020, vol. 9, pp. 261–276. https://doi.org/10.1007/s13671-020-00309-y
[3] Avci P., Gupta A., Sadasivam M., Vecchio D., Pam Z., Pam N., Hamblin M.R. Low-level laser (light) therapy (LLLT) in skin: stimulating, healing, restoring. Semin Cutan Med Surg, 2013, vol. 32 (1), pp. 41–52. PMID: 24049929; PMCID: PMC4126803.
[4] Gupta A., Avci P., Dai T., Huang Y.Y., Hamblin M.R. Ultraviolet radiation in wound care: sterilization and stimulation. Advances in Wound Care, 2013, vol. 2, no. 8, pp. 422–436. https://doi.org/10.1089/wound.2012.0366
[5] Masson-Meyersa D.S., Bumahb V.V., Castelc Ch., Castelc D., Samuel E.C. Pulsed 450 nm blue light significantly inactivates Propionibacterium acnes more than continuous wave blue light. Journal of Photochemistry & Photobiology, B: Biology. 2020, vol. 202, p. 111719. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2019.111719
[6] Sloan M. Red Light Therapy: Miracle Medicine. Lulu Press, 2020, 182 ps. ePID 21050090666.
[7] Kharkwal G.B., Sharma S.K., Huang Y.-Y., Dai T., Hamblin M.R. Photodynamic therapy for infections: clinical applications. Lasers Surg Med, 2011, vol. 43 (7), pp. 755–767. DOI: 10.1002/lsm.21080
[8] Камруков А.С., Козлов Н.П., Шашковский С.Г., Яловик М.С. Высокоинтенсивные плазменно-оптические технологии для решения актуальных экологических и медико-биологических задач. Безопасность в техносфере, 2009, № 3, с. 31–38.
[9] Камруков А.С., Козлов Н.П., Ушаков И.Б., Шашковский С.Г. Разработка и внедрение импульсных плазменно-оптических технологий и установок в космическую медицину и практическое здравоохранение. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2011, спец. вып. «Ионно-плазменные технологии», с. 107–119.
[10] Bagrov V.V., Bukhtiyarov I.V., Volodin L.Y., Zibarev E.V., Kamrukov A.S., Kondratiev A.V., Krylov V.I., Nikonova S.M., Novikov D.O., Semenov K.A. Preclinical studies of the antimicrobial and wound-healing effects of the high-intensity optical irradiation “Zarnitsa-A” apparatus. Appl. Sci, 2023, vol. 13, p. 10794. https://doi.org/10.3390/app131910794
[11] Багров В.В., Бухтияров И.В., Володин Л.Ю., Зибарев Е.В., Камруков А.С., Кондратьев А.В., Крылов В.И., Никонова С.М., Новиков Д.О., Семенов К.А. Аппарат высокоинтенсивного оптического облучения для терапии ран и раневой инфекции. Медицинская техника, 2023, № 2, с. 1–4.
[12] Звелто О. Принципы лазеров. Москва, Мир, 1990, 560 с.
[13] Reflective-surfaces. Alanod.com. Официальный сайт URL: https://alanod.com/en/products/our-surfaces/reflective-surfaces (дата обращения: 26.10.2024).
[14] UV Applications. Alanod-Westlake.com. Официальный сайт URL: https://virteomdevcdn.blob.core.windows.net/site-alanod-westlake-com/uploaded_media/alanod-westlake_com/Brochures/UVApplicationsBrochure2022__1667931930.pdf (дата обращения: 26.10.2024).
[15] Листы из ПТФЭ с высоким коэффициентом отражения ThorLabs. Азимут фотоникс. Официальный сайт URL: https://azimp.ru/thorlabs/high-reflectance-ptfe-sheets (дата обращения: 26.10.2024).
[16] Разработки и новые материалы. Формопласт. Официальный сайт URL: https://www.formoplast-spb.ru/?ysclid=m2qfihkfv6686396996 (дата обращения: 26.10.2024).
[17] Kim S.-Y., Lee H.-Y., Jun W.-K., Kang D.-H., Jo Y.-J., Jung M.-S. Reflector design to improve the uniformity of an irradiated area using a xenon flash lamp. Korean Journal of Optics and Photonics, 2019, vol. 30, no. 5, pp. 197–203.
[18] Keitz H.A.E. Non-point sources. In: Light Calculations and Measurements. Palgrave, London, Philips Technical Library, 1971. https://doi.org/10.1007/978-1-349-00012-8_9