铒激光照射牙釉质作用深度的数值模拟

发布时间：2021-11-02 00:25

　　目的用温度梯度场数学模型对铒激光照射后牙釉质内部的温度-深度梯度分布进行数值模拟,研究激光照射后对釉质的修饰深度,为提高釉质的抗酸性提供理论依据。方法根据激光照射对釉质的光热作用和牙齿内部傅立叶热传导两个物理过程建立牙釉质温度梯度场数值仿真模型,并使用二阶精度有限差分法数值求解傅立叶热传导方程。将铒激光参数设置成能量密度为2.5,5,10,15,20 J/cm2,频率为1 Hz和3 Hz,对不同激光参数照射下牙齿内部的温度-深度梯度分布进行数值模拟,观察不同能量密度激光照射下,在有效温度范围内釉质的有效作用深度。结果根据牙釉质温度梯度场模型可仿真得到二阶精度数值解,能够得到激光照射下牙釉质中准确的温度梯度分布。当激光能量密度为2.5 J/cm2和5 J/cm2,频率为1 Hz时激光对釉质表面产生的温度低于650℃;而能量密度为10 J/cm²,频率为1 Hz的激光对釉质表面产生的温度在650-1 100℃之间;能量密度为15 J/cm²和20 J/cm²,频率为1 Hz的激光对釉质表面产生的温度大于1 100℃。当频率增... 

【文章来源】：山西医科大学学报. 2020,51(10)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

激光辐射牙齿的光热作用理论模型示意图

激光辐照下牙齿的一维能量沉积与热传导模型

在激光照射下牙齿一维能量沉积与热传导数值计算模型中，将厚度为1 mm的牙釉质划分为500份，计算时间步长取10μs，总的计算时间为1 s。当采用1 Hz频率的铒激光照射牙釉质时，牙釉质表面的温度随着激光照射时间快速升高(见图4)。牙釉质表面温度的温升速率d Ts/dt随着时间逐渐减小。可以看出当激光照射时间足够长时，d Ts/dt将趋向于0，牙釉质内的温度分布将趋向于稳定。采用的激光能量密度越大，d Ts/dt将越大(牙釉质表面的温度将升高的越快)，牙釉质的表面温度也会越高。当激光照射停止后，随着热量向牙釉质内部扩散，牙釉质表面的温度会逐渐降低。牙釉质表面温度的温降速率d Ts/dt随着时间逐渐减小，且激光能量密度越大，表面温度的温降速率d Ts/dt随着时间减小得越快。将仿真模型中的激光能量密度分别设置为2.5,5,10,15,20 J/cm2，频率为3 Hz的多脉冲激光作用后，仿真计算得到了釉质表面温度随时间的变化关系(见图5)。由于多脉冲激光作用使得釉质表面温度瞬时达到最高，随后在短时间内逐渐下降并趋于平缓，由于上一个脉冲的温度残余，使下一个脉冲作用时的初始温度提高，当第二个脉冲作用时温度再一次上升，如此反复(见图5)。随着脉冲激光照射次数的增加，釉质表面的温度是逐渐升高的。

【参考文献】：
期刊论文
[1]调Q纳秒脉冲Cr,Er:YSGG激光作用于牙釉质能量密度的研究[J]. 屠姗姗,王礼.  安徽医科大学学报. 2020(03)
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[3]PDT联合Er:YAG激光防龋性及抗酸性的动物实验研究[J]. 张蕾,姚丽萍,孟磊.  口腔医学研究. 2019(10)
[4]不同能量Er,Cr:YSGG激光照射对牙体硬组织抗酸作用的体外研究[J]. 刘思婧,李涢.  实用口腔医学杂志. 2017(04)



本文编号：3470976