تحلیل عددی انتقال حرارت از پروب فراصوت به جریان خون در کاتتر‌های تصویربرداری پزشکی

پروب فراصوت در کاتتر‌های تصویربرداری پزشکی ، ایمپلنت‌ها و ابلیشن‌ها، ابزارهای خاص پزشکی هستند که به دلیل ماهیت عملکردشان در بدن انسان تولید حرارت کرده و موجب افزایش دمای آن می شود. دمای تولید شده توسط این تجهیزات اگر از 315 کلوین تجاوز کند برای بدن مضر است. در این مقاله انتقال حرارت و افزایش دمای جریان خون بخاطر انرژی اتلافی از پروب فراصوت در کاتتر‌های تصویربرداری پزشکی، مدل‌سازی و بطور عددی تحلیل می‌شود. این تحلیل برای مقادیر مختلف سرعت‌ جریان خون، شعاع رگ خونی و شدت شار حرارتی دیواره رگ ها انجام شده است. برای خون بعنوان یک سیال غیر نیوتنی از مدل کاریو- یاسودا و برای حل معادلات حاکم بر جریان خون و انتقال حرارت از آن، از روش عددی حجم محدود استفاده شده است. برای اعتبار سنجی نتایج نیز از نتایج عددی و تجربی موجود کمک گرفته شده است. سرعت میانگین جریان خون در نقاط ورودی به صورت تابعی سینوسی با دامنه ای بین 0 تا 1.4 متر بر ثانیه اعمال شده است. نتایج نشان می‌دهد برای سرعت میانگین تقریبا نزدیک به صفر و سرعت حداکثر 1.4 متر بر ثانیه به ترتیب شار حرارتی مجاز 7500 و 15000 وات بر متر مربع می باشد. افزایش دما در اطراف ایمپلنت یا نوک کاتتر به کندی صورت گرفته و با جریان خون تقریبا ناپدید می‌شود که همین امر اجازه می دهد تا سطوح بالاتری از شار حرارتی را بتوان در این تجهیزات مجاز دانست. از نتایج این تحلیل، یک معادله با هدف تخمین و پیش‌بینی تغییرات دما بدست آمده است که تابعی از شار حرارتی (h) و سرعت میانگین جریان خون (v) می‌باشد و همچنین تغییرات شعاع رگ خونی در نتایج قابل چشم پوشی بود.