Влияние длины волны и ширины пучка на глубину проникновения при взаимодействии света с тканями с использованием вычислительных методов

Глубина проникновения ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучения в биологические ткани ранее не была адекватно измерена. Рассмотрены оценка риска при типичных высокоинтенсивных импульсных источниках света и лазерах, их спектральные характеристики и последующие химические, физиологические и психологические эффекты такого воздействия на жизненно важные органы при неправильном использовании выходной мощности. В этой технической заметке основное внимание уделено длине волны, геометрии освещения и тону кожи, а также их влиянию на распределение плотности энергии (флюенса) в ткани. Моделирование Монте-Карло — один из наиболее широко используемых стохастических методов моделирования переноса света в мутных биологических средах, таких как кожа человека. С использованием собственного программного обеспечения для моделирования Монте-Карло в многослойной модели кожи были получены распределения флюенса для различных комбинаций неионизирующего излучения. Распределения флюенса анализировали в математическом программном обеспечении Matlab. Глубина проникновения увеличивается с ростом длины волны; максимальная рассчитанная глубина проникновения составила 5378 мкм. Расчеты показывают, что при ширине пучка 10 мм уровень флюенса на целевых глубинах 1-3 мм составляет 73-88% (в зависимости от глубины) от уровня флюенса на тех же глубинах, создаваемого бесконечно широким пучком с одинаковым падающим флюенсом. Это означает, что увеличение размера светового пятна почти не дает дополнительного увеличения глубины проникновения. Распределение флюенса в ткани, а следовательно, и эффективность лечения зависят от геометрии освещения и длины волны. Для оптимизации терапевтических методик необходимо тщательно понимать взаимодействие света с тканями; в этом может существенно помочь использование методов математического моделирования.