TLM Modelling of Bioheat Transfer during clinical care

Autor: Bellil, Melouka
Přispěvatelé: Bellil, Melouka, University Mustapha Stambouli [Mascara], Ecole Normale Polytechnique Oran (Algérie), Saidane Abdelkader
Jazyk: francouzština
Rok vydání: 2015
Předmět:
Zdroj: Physique Médicale [physics.med-ph]. Ecole Normale Polytechnique Oran (Algérie), 2015. Français
Popis: Therapeutic thermoablation and cryoablation are clinical care procedures increasingly used in hospitals for the treatment of various diseases and for the removal of unhealthy biological tissue. They are often used in oncology, ophthalmology, cosmetic surgery, etc. The numerical model of transmission lines TLM is developed in this thesis to effectively solve the equation of bioheat transfer during thermo and cryoablative treatments. This model, which illustrates the coupling of the tissue denaturation process with blood perfusion, also incorporates the phase change during solidification and takes into account the variable thermophysical properties with the different phases of the material. The model uses a fixed spatial mesh of 1D and 2D with a variable time-step to make the mobile front of solidification correspond to the fixed nodes of the system. It also takes into consideration the thermal relaxation of biological materials which increases during low temperatures. The results obtained show a quasi-linear dependence on blood perfusion with moderate temperature gradients. This perfusion begins to lose its thermoregulatory role during intense thermal gradients, especially in biological tissues near energy applicators (laser probe and cryoprobe). The release of latent heat during solidification is also affected by the intensity of the temperature gradients. In general, the results confirm that the role of the technical conditions of the thermoablative treatment (energy power, duration of treatment, etc.) is decisive and dominant, unlike that of the thermophysical and physiological properties of living biological matter. The results of the simulations are validated by numerical and experimental studies on organic and biological materials.
La thermoablation et la cryoablation thérapeutiques sont des procédures de soins cliniques de plus en plus appliquées en milieu hospitalier pour le traitement de diverses maladies et pour l’ablation des tissus biologiques non sains. Elles sont souvent utilisées en oncologie, en ophtalmologie, en chirurgie esthétique, etc. Le modèle numérique des lignes de transmission TLM est développé dans cette thèse pour résoudre efficacement l’équation du transfert biothermique lors des traitements thermo et cryoablatifs. Ce modèle qui illustre le couplage du processus de dénaturation tissulaire avec la perfusion sanguine, fait intégrer en outre le changement de phase lors d’une solidification et prend en compte les propriétés thermophysiques variables avec les différentes phases de la matière. Le modèle utilise un maillage spatial fixe de 1D et 2D avec un pas temporel variable pour faire correspondre le front mobile de solidification avec les nœuds fixes du système. Il prend aussi en considération la relaxation thermique des matériaux biologiques qui s’accentue pendant les basses températures. Les résultats obtenus montrent une dépendance quasi-linéaire de la perfusion sanguine avec les gradients de températures modérées. Cette perfusion commence à perdre son rôle thermorégulateur lors des gradients thermiques intenses surtout dans les tissus biologiques à proximité des applicateurs d’énergie (sonde laser et cryosonde). La libération de chaleur latente pendant la solidification est aussi affectée par l’intensité des gradients de température. D’une façon générale, les résultats confirment que le rôle des conditions techniques du traitement thermoablatif (puissance d’énergie, durée de traitement, etc.) est décisif et dominant contrairement à celui des propriétés thermophysiques et physiologiques de la matière biologique vivante. Les résultats des simulations sont validés par des études numériques et expérimentales sur des matériaux organiques et biologiques.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: