Влияние интенсивности лазерного излучения и времени экспозиции на фототермическую терапию с использованием наночастиц, нагреваемых излучением диодного лазера на λ = 793 нм, и оптического просветления биоткани

摘要

Лазерно-индуцированная термотерапия - перспективный метод лечения рака, на результат использования которого влияет время экспозиции. Неправильный выбор этого времени и интенсивности лазерного излучения приводят к неполному разрушению опухоли, к ее повторному росту и метастазированию. Возможно также необратимое повреждение окружающей ткани, т. е. гибель здоровых клеток, поэтому необходимы численные модели, чтобы обеспечить оптимальные интенсивность лазерного излучения и время экспозиции для различных опухолей. В настоящей работе модель на основе метода конечных элементов использована для решения биотеплового уравнения и уравнения Аррениуса, описывающего повреждение ткани. Рассматривается модель раковой опухоли в виде идеального цилиндра диаметром 20 мм и высотой 2, 3, 4 и 5 мм, содержащего сильно поглощающие наночастицы и окруженного здоровой тканью в виде цилиндра диаметром 40 мм и высотой 10 мм, которая вследствие оптического просветления имеет пониженный коэффициент рассеяния. Результаты показывают, что при лечении опухоли толщиной 3 мм с использованием излучения диодного лазера наλ = 793 нм с интенсивностью 0.75 Вт/см~2 при концентрации золотых наностержней 0.0001% безопасное время экспозиции составляет 243 с. В развитие этого результата на основе расширенного численного моделирования для опухолей различной толщины выявлена математическая связь между двумя критическими параметрами, входной мощностью и оптимальным временем экспозиции, а также представлены протоколы лечения.