Диссертация (1026302), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Карты расчета с основнымипараметрами представлены в Приложении.Показано температурное поле в объекте воздействия на 600 секундепроцесса для первого расчета (Рисунок 4.15).Рисунок 4.15. Температурное поле в предстательной железе на 600 секундеВ качестве контрольных выбрано две точки на одной прямой – первая вцентре между криозондом и уретральном каналом, вторая на расстояниях 5 ммот зонда снаружи.
В итоге выявлено, что на 600 секунде процесса температурав первой точке для первого расчета составляет минус 35,7 ºС, для второгорасчета – минус 35,2 ºС и во второй точке для первого расчета – минус 79,3 ºС и133для второго расчета – минус 79,1 ºС.Представлены графики зависимости температуры от времени для двухконтрольных точек для первого и второго расчетов (Рисунок 4.16 – 4.17).Температура, °С402000-20100200300400500600-40-60-80-100Время, секT 5 outТ 5 in 1Рисунок 4.16. График температуры для первого расчета40Температура, °С200-200100200300400500600-40-60-80-100Время, секТ 5 in qT 5 out qРисунок 4.17.
График температуры для второго расчета4.2 Анализ полученных расчетных данныхАнализ проводится на основе серии проведенных расчетов, показанныхв разделе 4.1. Первая группа расчетов с двумя криозондами показывает,что, начиная с расстояния 15 мм между ними, температура в контрольной точке134в ненаплывающей зоне заморозке практически не отличается от температурыпри замораживании одним криозондом в аналогичной точке (Рисунки 4.4-4.6).Значит, начиная с расстояния 15 мм, влияние на температуру в ненаплывающейзоне заморозке одного зонда на другой незначительно.
Также, данная сериявыявила пересечение областей замораживания вплоть до расстояния междузондами 25 мм, зон некроза до 15 мм.Вторая группа расчетов с четырьмя криозондами показала, что с 20 мммежду криоинструментами влияния на температуру в ненаплывающей зонезаморозке зондов друг на друга незначительно (Рисунки 4.10-4.12). Выявлено,что области заморозки наплывают друг на друга до расстояния 25 мм, а зонынекроза – до 15 мм.Представлено отношение объемов областей замораживания при работечетырех, двух и одного криозондов (Рисунок 4.18).Отношение объемовзамораживания7,0006,0005,0004,0003,0002,0001,0000,00005101520253035Расстояние между криозондами, ммV_4z/V_2zV_4z/V_1zV_2z/V_1zРисунок 4.18. Отношение объемов замораживания биотканиОтношение объемов замораживания для случая двух и одного криозондовсоставляет от 2,1 до 2,4, тогда как для четырех и одного от 4,74 до 5,89.Следовательно, объемы замораживания возрастают не пропорциональноувеличению работающих криозондов, а с более высоким коэффициентом135пропорциональности и обычное суммирование объемов как от отдельныхнезависимо работающих криозондов приведет к неточности.
Так для случаяс двумя криозондами погрешность в абсолютном отношении составит от1,08 до 4,26 см3, а для случая с 4 криозондами – от 7,85 до 20,08 см3(Таблица 13)Таблица 13.Погрешность при суммировании объемов замораживанияРасстояние междузондами, мм510152025303,964,114,154,263,431,0812,8914,1915,1918,7620,087,85Для случая с 2 зондами,см3Для случая с 4 зондами,см3Представлено отношение объемов областей некроза при работе четырех,Отношение объемов некрозадвух и одного криозондов (Рисунок 4.19).25,00020,00015,00010,0005,0000,000051015202530Расстояние между криозондами, ммV_4z/V_2zV_4z/V_1zV_2z/V_1zРисунок 4.19. Отношение объемов некроза биоткани35136Отношение объемов некроза для случая двух и одного криозондовсоставляет от 2,05 до 5,67, тогда как для четырех и одного от 4,66 до 21,83.Следовательно, объемы некроза возрастают не пропорционально увеличениюработающихкриозондов,асещеболеевысокимкоэффициентомпропорциональности, чем объемы замораживания и обычное суммированиеобъемов некроза как от отдельных независимо работающих криозондовприведеткбольшейзамораживания.Такнеточности,дляслучаячемспридвумясуммированиикриозондамиобъемовпогрешностьв абсолютном отношении составит от 0,05 до 3,61 см3, а для случаяс 4 криозондами – от 0,65 до 17,54 см3 (Таблица 14)Таблица 14.Погрешность при суммировании объемов некрозаРасстояние междузондами, мм510152025303,613,281,630,400,120,0517,0117,5415,173,101,140,65Для случая с 2 зондами,см3Для случая с 4 зондами,см3Представлено аблативное отношение – отношение объема зоны некрозак объему замораживания для случая с двумя и четырьмя криозондами(Рисунок 4.20).Величина аблативного отношения составляет от 8,47 до 22,16 % иот 8,13 до 37,96 % для случая с двумя и четырьмя криозондами соответственно.Начиная с расстояния 10 и 15 мм, оно значительно падает для двух и четырехкриоинструментов соответственно.Расчеты низкотемпературного воздействия группой из 8 криозондовна предстательную железу показали незначительное влияние внутреннегоисточника теплоты за счет кровотока в биотканях предстательной железыпо сравнению с нагревательным катетером, по которому циркулирует137физраствор с температурой 38 ºС (Рисунки 4.16, 4.17).
Следовательно,внутренним теплопритоком от кровотока можно пренебречь.Аблативное отношение, %45,00040,00035,00030,00025,00020,00015,00010,0005,0000,00005101520253035Расстояние между криозондами, мм4z2zРисунок 4.20. Аблативное отношение4.3Практическиерекомендациипоорганизациимногозондовогонизкотемпературного воздействия на биотканиАнализ результатов проведенных расчетов показал размеры объемов зонзамораживания и некроза при использовании одного, двух и четырехкриозондов на различном расстоянии между ними (Таблица 15).Один криозонд имеет возможность замораживания до 10,6 см3 биотканейпредстательной железы, два одновременно работающих от 22,28 до 25,46 см3и четыре от 50,25 до 62,48 см3 в зависимости от расстояния между ними.При этом объем зоны некроза для одного криозонда составляет 0,98 см3,для двух от 2,01 до 5,58 см3 и для четырех от 4,59 до 21,48 см3. Следовательно,использование подхода (bubble-packing method), который применяется сегодняи заключается в суммировании зон замораживания и некроза от отдельныхкриозондовкакотнезависимоработающихприводитк неточностипрогнозирования многозондовых криохирургических операций.
При этом учет138взаимного влияния криоинструментов приводит к повышению точностипрогнозирования зоны замораживания в среднем на 13,9 и 25,5 % для случая с2 и 4 криозондами соответственно и зоны некроза на 32,3 и 53,5 % для случая с2 и 4 криозондами соответственно. То есть повышена точность в среднем длязонызамораживанияна19,7 %идлязонынекрозана42,9%для рассмотренных случаев. Также в Приложении представлены формыобластей замораживания и некроза для одного, двух и четырех криозондовв зависимости от расстояния между ними на 600 секунде.Таблица 15.РасстояниеКоличество криозондовмежду зондами,2мм42Объем зоны замораживания,4Объем зоны некроза, см3см3525,1655,295,5820,951025,3156,595,2521,481525,3557,593,6019,112025,4661,162,327,042524,6362,482,095,083022,2850,252,014,59Расчеты низкотемпературного воздействия группой из 8 криозондовна предстательную железу показали, что на расстоянии 1,4 и 1,5 ммот уретральногоканаланепроисходитпромораживанияинекрозасоответственно.
Следовательно, если раковые клетки находятся ближе,чем 1,5 мм к уретре, то некроза не произойдет. Необходимо более близкоерасположение криозондов к уретральному каналу, которое на сегоднядоступная технология малоинвазивной криоаблации не позволяет осуществитьиз-за использования для позиционирования шаблонной решетки со строго139неизменным возможным шагом между соседними криозондами – 5 мм.Приведенные размеры объемов зон замораживания и некроза и ихвизуализация, а также данные о расстоянии от уретры, на котором невозможнодостичь температур некроза, позволяют врачу осуществить начальноепредоперационноепланированиемногозондовогонизкотемпературноговоздействия на биоткани предстательной железы.4.4 Практические рекомендации по проектированию криохирургическогоинструментаВ рамках выполнения работы было выявлено, что при исследуемыхрежимахрабочийв парожидкостнуюгазаргонобласть,топриестьдросселированиинеменяетнефазовогопопадаетсостояния.Следовательно, при теплообмене не используется теплота фазового перехода,и естьвозможностьповыситьэффективностьработымалоинвазивныхкриохирургических инструментов.Предлагается применять внешнее оребрение внутренней трубки подводарабочего вещества для увеличения площади теплообмена и обеспеченияснижения температуры прямого потока рабочего вещества до значения,обеспечивающего образование части рабочего вещества в жидкую фазу и темсамым повысить мощность охлаждения малоинвазивного криоинструмента(Рисунок 4.21).Рисунок 4.21.
Схема предлагаемого решения малоинвазивного криозондаВ итоге проведенных работ был получен патент на полезную модель№ 154699 «Малоинвазивный криозонд».140ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫВ результате проведенных исследований возможно сделать следующиевыводы:1. Для проведения теоретических исследований разработана методикарасчета трехмерных температурных полей в биоткани при низкотемпературномвоздействии группой малоинвазивных криозондов, включающая в себякомпьютерную программу расчета с учетом реальных теплофизических свойствбиотканей и действительных характеристик малоинвазивных криозондов.2. Впервые в широком диапазоне температур с применением методадифференциальной сканирующей калориметрии получены экспериментальныеданныепотеплофизическимсвойствамобразцовбиоткани(опухольпредстательной железы), и уточнены у среды, моделирующей биоткань(желатинового геля).
Получены теплоемкость, криоскопическая температура искрытая теплота фазового перехода.3. Разработан экспериментальный стенд. Получены экспериментальныеданные по распределению температур вдоль рабочей длины поверхностималоинвазивного криозонда и определена его холодопроизводительность.4. Проведены экспериментальные исследования низкотемпературноговоздействия малоинвазивными криозондами на модельную среду. Доказанаадекватностьрезультатовразработаннойкомпьютернойпрограммытеплофизического моделирования как по температурам в контрольных точках,так и по размерам зоны замораживания.5. Проведена серия численных расчетов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
