Диссертация (1026302), страница 16
Текст из файла (страница 16)
и подробно представлено в Приложении.методике,описанной120800Энтальпия, МДж/куб.м7006005004003002001000-150-100-50Температура, ºС050Рисунок 3.44. Энтальпия тканей ДГПЖ3.7Экспериментальнаяверификацияразработаннойкомпьютернойпрограммы расчетаДляверификацииразработаннойкомпьютернойпрограммытеплофизического моделирования были проведены физические экспериментыс одним и двумя криозондами (раздел 3.3.2). Их целью было определение зонзамораживанияипоказанийдатчиковтемпературдлядальнейшегоих сравнения с расчетными.При сравнении эксперимента и расчета с 1 криозондом относительнаяпогрешность по линейным размерам зоны замораживания не превышает 4,75 %,что является допустимым значением. Показания температур в контрольнойточке в расчете и эксперименте представлены на Рисунке 3.45.Относительная погрешность не превышает 1,3 %, что показываетадекватность получаемых результатов при моделировании с использованиемодного криозонда.12130Температура, ºС20100-10 0100200300400500600-20-30-40Время, секОпытРасчетРисунок 3.45.
Сравнение температур в контрольной точке в экспериментеи в расчете с 1 зондомПри сравнении эксперимента и расчета с 2 криозондами относительнаяпогрешность по линейным размерам зоны замораживания не превышает 3,7 %,что является допустимым значением. Показания температур в контрольнойточке в расчете и эксперименте представлены на Рисунке 3.46.30Температура, °С20100-10 0100200300400500600-20-30-40-50-60Время, секОпытРасчетРисунок 3.46. Сравнение температур в контрольной точке в экспериментеи в расчете с 2 зондами122Относительная погрешность не превышает 1,5 %, что показываетадекватность получаемых результатов при моделировании с использованиемнескольких криозондов.Разработаннаякомпьютернаяпрограмматеплофизическогомоделирования прошла экспериментальную верификацию, что показываетвозможностьееиспользованиядляпрогнозированиямногозондовогонизкотемпературного воздействия на биологические ткани, а также выявлениязакономерностей теплообмена в целевой зоне на основе многовариантногомоделирования.123ГЛАВАМОДЕЛИРОВАНИЕ4.МНОГОЗОНДОВОГОНИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА БИОТКАНИ4.1Вариантныерасчетымногозондовогонизкотемпературноговоздействия на биоткани предстательной железыДля выявления закономерностей формирования температурных полейбиотканей предстательной железы при многозондовом низкотемпературномвоздействии была поставлена серия расчетов с различной локализациейнескольких криозондов (в том числе актуальной для практикующих хирурговпостановке).Первая группа расчетов посвящена исследованию температурных полейв ДГПЖприразличномрасстояниимеждудвумякриозондами,расположенными на одинаковой глубине (Рисунок 4.1).Рисунок 4.1.
Геометрическая модель расчета и конечно-элементная сеткаПроведено 6 расчетов с расстояниями между криозондами 5; 10; 15; 20;25 и 30 мм. Моделировалось 600 секунд процесса, что является характернымвременем воздействия на практике, шаг расчета составлял – 20 секунд.Начальная температура целевой области принималась 37 °С. Задаваласьхолодопроизводительность криоинструментов в зависимости от участка124на рабочей поверхности зонда и времени, представленная в разделе 2.7.1.Теплофизические свойства целевой области – теплопроводность и энтальпиясоответствовали биотканям предстательной железы (раздел 3.6).
Количествоконечных элементов варьировалось от 4,5 до 5,1 млн. в зависимостиот расстояния между криозондами. Карты расчета с основными параметрамипредставлены в Приложении.Для каждого расположения криозондов в качестве контрольных выбраныдве точки – первая в центре между криоинструментами в наплывающих друг надруга зонах замораживания (Tвн) и вторая на таком же расстоянии от зондаснаружи (Tвнеш) (Рисунок 4.2).Рисунок 4.2. Схема расположения контрольных точек при работе2 криозондовДля сравнения температуры в контрольной точке снаружи (Твнеш) приработе двух криозондов одновременно и одного криозонда отдельнодополнительно поставлен расчет с одним криоинструментом и сняты показанияв контрольной точке (Tконтр) на различном расстоянии от поверхностикриозонда (Рисунок 4.3).125Рисунок 4.3. Схема расположения контрольных точек при работе одногокриозондаПредставлены графики зависимости температуры от расположениякриозондов для времени процесса низкотемпературного воздействия – 60; 300 и600 секунд для случая работы двух криозондов и одного (Рисунки 4.4, 4,5, 4.6).5040Температура, °С3020100-10 051015202530-20-30-40-50-60Расстояние между зондами, ммT 2z in 60T 2z out 60T 1z 60Рисунок 4.4.
График температуры для 60 секунды процесса3512640Температура, °С20005101520253035-20-40-60-80-100Расстояние между зондами, ммT 2z in 300T 2z out 300T 1z 300Рисунок 4.5. График температуры для 300 секунды процесса40Температура, °С200-2005101520253035-40-60-80-100-120Расстояние между зондами, ммТ 2z in 600T 2z out 600T 1z 600Рисунок 4.6. График температуры для 600 секунды процессаПосчитаны объемы зоны замораживания (индикатор – достижениетемпературы минус 0,5 °С) и первичного некроза (индикатор – достижениетемпературы минус 40 °С) при различных расстояниях между двумякриозондами на 600 секунде процесса (Рисунок 4.7).12730Объем области, см³252015105005101520253035Расстояние между зондами, ммV замор.
600V некроза 600Рисунок 4.7. Объем замораживания и некрозаВторая группа расчетов направлена на исследование температурныхполейвДГПЖприразличномрасстояниимежду4криозондами,расположенных на одинаковой глубине (Рисунок 4.8).Рисунок 4.8. Геометрическая модель расчета и конечно-элементная сетка128Параметры расчета для четырех криозондов были аналогичны расчетамдля двух криоинструментов за исключением шага расчета, который составлял60 секунд и количества конечных элементов, варьирующегося от 7,3 до 8,9 млн.в зависимости от расстояния между криозондами. Карты расчета с основнымипараметрами представлены в Приложении.Выбраны две точки в качестве контрольных для каждого расположениякриозондов – первая в центре между криоинструментами в наплывающих зонахзамораживания (Tвн) и вторая на таком же расстоянии от зонда снаружи (Tвнеш)(Рисунок 4.9).Рисунок 4.9. Схема расположения контрольных точек при работечетырех криозондовПредставлены графики зависимости температуры от расположениякриозондов для времени процесса низкотемпературного воздействия – 60; 300 и600 секунд для случая работы двух криозондов и отдельно работающего одного(Рисунки 4.10, 4.11, 4.12).12960Температура, °С4020005101520253035-20-40-60-80Расстояние между зондами, ммT 4z in 60T 4z out 60T 1z 60Температура, °СРисунок 4.10.
График температуры для 60 секунды процесса6040200-20 0-40-60-80-100-120-140-1605101520253035Расстояние между зондами, ммT 4z in 300T 4z out 300T 1z 300Рисунок 4.11. График температуры для 300 секунды процессаОпределены объемы зоны замораживания и некроза при различныхрасстояниях между(Рисунок 4.13).четырьмякриозондами на 600 секунде процесса1304020Температура, °С0-20 05101520253035-40-60-80-100-120-140-160Расстояние между зондами, ммT 4z out 600Т 4z in 600T 1z 600Рисунок 4.12. График температуры для 600 секунды процесса70Объем области, см³605040302010005101520253035Расстояние между зондами, ммV замор.
600V некроза 600Рисунок 4.13. Объем замораживания и некрозаДалее были проведены расчеты низкотемпературного воздействиягруппы из 8 криозондов на предстательную железу, построенную по размерам иформе, рекомендованными врачами. Рассмотрена максимально близкая131локализация криозондов к уретральному каналу, в который вставляется катетерс циркулирующим физраствором при температуре 38 °С для предотвращенияего повреждения (Рисунок 4.14).Рисунок 4.14.
Геометрическая модель низкотемпературного воздействия напредстательную железу группой криозондовПервый расчет из третьей серии расчетов выполнен без заданиявнутреннего источника теплоты, который характеризирует тепловыделенияза счет кровотока и метаболизма.Второй расчет выполнен с заданием источникового члена. Согласнополученным данным (раздел 2.5) значение теплопритока от метаболизмапри температуре биоткани выше криоскопической приводится в 0,67 Вт/кг(0,447 кВт/м3), максимально возможный кровоток может дать тепловой эффект40 кВт/(м3·К). Принято допущение о том, что тепловой эффект от кровотокапри температуре 30 ºС равен 40 кВт/(м3·К), при температуре 20 ºС вдвоеменьше из-за уменьшения расхода крови и составляет – 20 кВт/(м3·К),при температуре 11 ºС кровоток значительно ослабевает и составляет2 кВт/(м3·К) [66].При достижении криоскопической температуры и ниже132теплоприток от кровотока отсутствует.
Следовательно, в данном случаетеплоприток от кровотока при температуре 30 ºС будет – 0,28 Вт/см3, при 25 ºС– 0,12 Вт/см3 и при 11 ºС – 0,05 Вт/см3. Усредненное значение объемапредстательной железы в патологии принято 77 см3. Значение теплопритока отметаболизма на 3 порядка меньше, чем значение теплопритока от кровотока,следовательно, им можно пренебречь. Остальные параметры расчетов былианалогичны предыдущим выполненным расчетам. За исключением количестваконечных элементов, которое составляло 8,8 млн. Как было сказано выше,расстановка криозондов была максимально близкой к уретральному каналу,расстояние между ними составляло 10 мм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
