masterThesis
Modelagem computacional da biotransferência de calor no tratamento por hipertemia em tumores de duodeno através do método dos volumes finitos em malhas não-estruturada
Registro en:
Simone Cardoso Guimarães, Carla; de Cassia Fernandes de Lima, Rita. Modelagem computacional da biotransferência de calor no tratamento por hipertemia em tumores de duodeno através do método dos volumes finitos em malhas não-estruturada. 2003. Dissertação (Mestrado). Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2003.
Autor
Simone Cardoso Guimarães, Carla
Institución
Resumen
Diversos procedimentos médicos, inclusive aqueles cirúrgicos que utilizam laser, têm
como principal fator limitante o aumento de temperatura no tecido vivo fato que pode causar
danos irreversíveis ao mesmo, chegando até à sua evaporação. A hipertermia pode ser o
processo terapêutico em si (tratamento de tumores com laser, com radiofreqüência e ablação)
ou decorrente dele (cirurgias oftalmológicas refrativas com uso de laser). Ferramentas
numéricas e computacionais, utilizadas na engenharia, são cada dia mais usadas na simulação
de tais procedimentos com o intuito de calcular o campo de temperaturas, tendo como
propósito guiar o médico mais precisamente antes de uma intervenção. Algumas aplicações
podem ser simuladas com o uso de coordenadas cilíndricas ou esféricas. Em outras, o uso de
malhas não-estruturadas é mais adequado devido à presença maciça de geometrias irregulares
no corpo humano. Tumores não-operáveis podem ser irradiados com fontes de laser por via
endoscópica. Sua função é causar uma elevação de temperatura local a fim de destruir as
células cancerígenas, sem, no entanto, causar dano térmico à região sadia circunvizinha. A
precisão desta análise está ligada à utilização de métodos numéricos adequados. O presente
trabalho visa o desenvolvimento de uma ferramenta computacional através da utilização do
método dos volumes finitos (MVF) para solucionar a equação da biotransferência de calor em
malhas bidimensionais triangulares não-estruturadas. Serão feitas descrições: do modelo
físico-matemático pertinente; da função dano; da técnica para obtenção do domínio
geométrico de interesse; das propriedades termofísicas dos tecidos envolvidos na questão;
bem como da escolha da fonte de laser mais adequada à utilização no procedimento a ser
simulado. Em seguida será descrita a formulação do método dos volumes finitos com
estrutura de dados por arestas, e apresentada a aproximação usada na solução das integrais
envolvidas no modelo. Descreve-se então todo o ciclo envolvido na modelagem e
implementação computacional da metodologia adotada, que compreende as seguintes etapas:
captura e digitalização da imagem; modelagem geométrica e geração da malha discreta; préprocessamento
dos dados; programa de análise via Método dos Volumes Finitos (MVF); pósprocessamento
e visualização dos resultados. Alguns exemplos usados para validação do
programa de análise são apresentados. Finalmente, apresenta-se o problema analisado, onde
um tumor de duodeno de 2cm de diâmetro foi aquecido, através de uma sonda de laser
Nd:YAG, em três pontos diferentes, durante um tempo total de 120s, divididos em dois ciclos
de 60s. As temperaturas nos pontos mais críticos atingiram valores da ordem de 135°C, com o
dano alcançando valores da ordem de 1018. Porém a interface entre o tumor e o tecido sadio,
não apresentou dano térmico, sob as condições supracitadas