Contribution à l'étude des phénomènes de transport des photons dans les milieux turbides par la méthode des éléments finis : Application à la thermocoagulation des tissus biologiques par laser

par Xavier Deulin

Thèse de doctorat en Sciences. Mécanique et énergétique, Génie biomédical

Sous la direction de Jean-Pierre L'Huillier.

Soutenue en 2003

à Paris, ENSAM , en partenariat avec École nationale supérieure d'arts et métiers (Angers) (autre partenaire) .

mots clés

• Section efficace
• Transfert radiatif
• Méthode des éléments finis
• Equation de Boltzmann
• Flux rétrodiffusé
• Coagulation des tissus
• Éléments finis, Méthode des
• Coagulation du sang

Résumé

L’objet de ce travail a consisté à modéliser et à simuler les phénomènes de transport des photons dans la matière turbide à partir d’une équation de transfert radiatif déduite de l’équation de Boltzmann par intégration et pouvant être résolue commodément par la méthode des éléments finis en régime permanent et non-stationnaire. Le terme de source est explicité pour un faisceau diffusant et les conditions aux limites sur les frontières, éclairées ou non, sont obtenues par des bilans énergétiques. Les simulations effectuées ont eu pour objet d’étudier l’influence des propriétés optiques du milieu sur la répartition des flux et les puissances captées par une fibre optique, puis de traiter le cas de milieux hétérogènes, et enfin d’appréhender les phénomènes complexes de thermocoagulation des tissus biologiques par laser en résolvant les équations couplées du transfert radiatif et de la chaleur.

Titre traduit

Contribution to the study of photon transport phenomena through turbid media by finie element method : Application to the thermocoagulation of biological fabrics by laser

Résumé

The goal of this work was to modelise and simulate transport phenomena of photons into turbid media with the radiative transfer equation obtained from Boltzmann’s equation by integration and which can be easily solved by the Finite Element Method. The source term was explicated for a diffuse laser beam and the boundary conditions were obtained by establishing energetic balances. The goal of the numerical simulation was first to study the role played by optical coefficients on the fluence rate distribution. Second to analyse the case of heterogeneous media like multilayered media and embedded heterogeneities. And finally, to apprehend complex phenomena of tissue coagulation by laser in solving the coupled equations of heat and radiative transfer