تجزیه و تحلیل انتقال حرارت در بافت زنده چند لایه به روش نیمه تحلیلی باقی مانده‌های وزنی گلرکین

در این تحقیق، رفتار حرارتی بافت زنده در فرایند گرمادرمانی به وسیله منبع گرمایی الکترومغناطیسی مورد مطالعه قرار می‌گیرد. اگرچه معادله انتقال حرارت فوریه و غیرفوریه در بافت زنده تحت شرایط مرزی مختلف مطالعه شده است؛ اما، مطالعه بافت چندلایه با در نظر گرفتن اثرات غیرفوریه‌ای خصوصا به شکل تحلیلی و نیمه تحلیلی کمتر مورد توجه قرار گرفته است. در پژوهش حاضر با استفاده از روش نیمه‌تحلیلی باقی مانده‌های وزنی گلرکین، معادلات انتقال حرارت غیرفوریه‌ای تاخیر فاز دوگانه در بافت زنده چندلایه به همراه تومور حل شده است. نتایج نشان می‌دهد که چندلایه در نظر گرفتن بافت به همراه خواص مختص هر لایه، تاثیر به سزایی در توزیع دمای درون بافت خواهد داشت به طوری‌که این اختلاف دما پس از گذشت 1800 ثانیه به 2 درجه سانتی‌گراد می‌رسد. همچنین، تاثیر عدد ورنوت بر توزیع دمای بافت نشان می‌دهد که با افزایش زمان آسایش شار، سرعت سیگنال دمایی کاهش می‌یابد و در نتیجه آن دمای تومور کاهش خواهد یافت. بررسی پارامترهایی مانند دمای سطح پوست و میزان پرفیوژن خون نشان می‌دهد که خنک‌کاری بیشتر دمای سطح پوست در طول فرایند گرما درمانی موجب انتقال نقطه بیشینه دما به عمق بیشتری از بافت می‌گردد. همچنین کاهش پرفیوژن خون که در تومورهای هیپوکسی اتفاق می‌افتد موجب افزایش دما در تومور حین فرایند گرمادرمانی می‌گردد.

Analysis of the Heat Transfer in a Multilayer Living Tissue Using the Galerkin Weighted Residuals Method

In this paper, the thermal behavior of living biological tissue during electromagnetic radiation thermal therapy is investigated. While a large number of studies devoted to the Fourier and nonFourier heat transfer in living tissue are available for different boundary conditions, less analytical and semianalytical works exist on the heat transfer in the multilayers tissue. In the present study, semi analytical Galerkin weighted residuals method is used to solve the dualphase lag nonFourier heat transfer equation in the multilayer tissue with a tumor placed in. The results show that considering a multilayer tissue with distinct thermophysical properties for each layer has a remarkable effect on the temperature distribution in the tissue, so that 2°C difference in tumor temperature after 1800 s is observed. The effect of the Vernot number on the temperature distribution shows that increasing the flux relaxation time results in reducing the temperature signal velocity and the tumor temperature. Lowering the skin surface temperature, decreases the high values of temperature and forces the maximum temperature region deeper into the tissue. Moreover, the reduction in the blood perfusion rate that occurs in the hypoxic tumors results in the increase of the tumors temperatures during the thermal therapy.