Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Giải pháp số cho quá trình truyền nhiệt phi Phourier trong quá trình chiếu laser lên các lớp răng
Tóm tắt
Nghiên cứu này báo cáo về việc mô phỏng phân phối nhiệt độ của răng người dưới chùm laser dựa trên các mô hình phi Fourier. Nhiệt độ tại độ sâu của răng, yếu tố trực tiếp gây ra bởi quá trình truyền nhiệt dẫn, là hệ quả của thời gian hồi phục nhiệt dài trong các lớp răng. Một chiếc răng chi tiết, bao gồm men răng, ngà răng và tủy với hình dáng không cấu trúc, ranh giới không đều và độ dày thực tế đã được xem xét. Một sơ đồ sai phân hữu hạn đã được áp dụng để giải các phương trình phụ thuộc theo thời gian trong các lớp rắn và mô mềm của răng. Trong nghiên cứu này, một mô hình dẫn nhiệt phi Fourier với độ trễ pha kép đã được áp dụng để đánh giá phân bố nhiệt độ do bức xạ laser gây ra. Kết quả cho thấy rằng đối với chiếc răng bị chiếu laser, thời gian độ trễ pha của dòng nhiệt (τq) ảnh hưởng lớn đến nhiệt độ ở giai đoạn đầu, trong khi thời gian độ trễ pha của gradient nhiệt độ (τT) ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ ở giai đoạn sau. Dự đoán về hồ sơ nhiệt độ trong răng dựa trên nghiên cứu này là thực tế hơn khi sử dụng mô hình phi Fourier (tức là, τq = 16 và τT = 2 mili giây) so với các nghiên cứu thực nghiệm. Trong khi đó, mô hình Fourier (τq = τT) hoặc dạng Fourier cổ điển (τq = τT = 0) và mô hình sóng nhiệt (τq = 16 và τT = 0) dẫn đến điểm nhiệt không thực tế trên men răng. Các hiệu ứng của các tham số laser, chẳng hạn như thời gian chiếu laser và cường độ laser lên tủy cũng đã được nghiên cứu. Tăng cường thời gian chiếu laser và thời gian mô phỏng sau khi chiếu laser là một phương pháp hợp lý để tẩy tủy so với việc tăng cường độ laser.
Từ khóa
#Laser #truyền nhiệt #mô hình phi Fourier #răng #mô phỏng #tủy răngTài liệu tham khảo
A. Rodríguez, J. D. González, J. D. L. Castillo and J. Moreno, Comparison of the effects of diode laser and CO2 laser on human teeth and their usefulness in topical fluoridation, J. Lasers Med. Sci., 26 (2011) 317–324.
Y. Chiang, B. Lee, Y. Wang, Y. Cheng, Y. Chen and J. Shiau, Micro structural changes of enamel, dentin enamel junction, and dentin induced by irradiating outer enamel surfaces with CO2 laser, J. Lasers Med. Sci., 23 (2008) 41–48.
L. Zhu, M. Tolba, D. Arola and M. Salloum, Evaluation of effectiveness of Er,Cr:YSGG laser for root canal disinfection: Theoretical simulation of temperature elevations in root dentin, ASME, J. Biomechanical Engineering, 131 (2010) 071004–1-071004-8.
A. Plasschaert, F. Bosman and M. Peters, Modeling and analysis of thermal loading and heat transport in restored teeth, Radboud Repository of the Radboud University of Nijmegen (2015) http://hdl.handle.net/2066/113229.
M. Talebi, S. Moghimi, M. Shafagh, H. Kalani and F. Mazhri, In vitro investigation of heat transfer phenomenon in human immature teeth, J. Dental Research, Dental Clinics, Dental Prospects, 8 (4) (2014) 218–224.
N. Afrin, J. Zhou, Y. Zhang, D. Tzou and J. Chen, Numerical simulation of thermal damage to living biological tissues induced by laser irradiation based on a generalized dual phase lag model, J. Numerical Heat Transfer, Part A, 61 (2012) 483–501.
I. Kunadian, J. McDonough and K. Tagavi, Numerical simulation of heat transfer mechanisms during femtosecond laser heating of nano-films using 3-D dual phase lag model, ASME, Heat Transfer/Fluids Engineering, HT-FED (2004) 56–823.
J. Zhou, K. Chen and Y. Zhang, Non-classical heat transfer models for laser induced thermal damage in biological tissues, Proceedings of the ASME 2011 International Mechanical Engineering Congress & Exposition, IMECE2011, Denver, Colorado, USA (2011).
H. Pennes, Analysis of tissue and arterial blood temperatures in the resting forearm, J. Applied Physiology (1948) 93–122.
D. Y. Tzou, Macro to micro scale heat transfer- The lagging behavior, Taylor & Francis, Bristol, PA (1997).
P. J. Antaki, New interpretation of non-Fourier heat conduction in processed meat, ASME Journal of Heat Transfer, 127 (2005) 189–193.
W. Kaminski, Hyperbolic heat conduction equation for materials with a nonhomogeneous inner structure, ASME J. Heat Transfer, 112 (1990) 555–560.
J. Zhou, Y. Zhang and J. K. Chen, Non-Fourier heat conduction effect on laser induced thermal damage in biological tissues, J. Heat Transfer A, 54 (2008) 1–19.
H. Ahmadikia, A. Moradi, R. Fazlali and A. Basiri, Analytical solution of non-Fourier and Fourier bio-heat transfer analysis during laser irradiation of skin tissue, J. Mechanical Science and Technology, 26 (6) (2012) 1937–1947.
P. A. Ana, A. Blay, W. Miyakawa and D. M. Zezell, Thermal analysis of teeth irradiated with Er,C:YSGG laser at low fluences, J. Laser Phys. Lett., 4 (2007) 827–830.
T. M. Smith, A. J. Olejniczak, D. J. Reid, R. J. Ferrell and J. J. Hublin, Modern human molar enamel thickness and enamel-dentine junction shape, J. Arch. Oral Biol., 51 (2006) 974–995H.
F. Xu, T. J. Lu and K. A. Seffen, Bio thermo mechanical behavior of skin tissue, J. Acta. Mech.. Sin., 24 (2008) 1–23.
J. Pengfei and Y, Zhang, Effects of beam size and pulse duration on the laser drilling process, ASME, Heat Transfer (2016) www.researchgate.net, /301879916.
BIOLASE, Inc., Epic, express™, www.biolase.com (2016).
H. Pletcher, J. Tannehill and D. Anderson, Computational fluid mechanics and heat transfer, Third Edition, CRC Press (2012) ISBN: 1591690374, 9781591690375.
S. Choi and K. Jhang, Influence of repetitive pulsed laser irradiation on the surface characteristics of an aluminum alloy in the melting regime, J. of Mechanical Science and Technology, 29 (1) (2015) 335–340.