Modelagem computacional da biotransferÃncia de calor no tratamento por hipertemia em tumores de duodeno atravÃs do mÃtodo dos volumes finitos em malhas nÃo-estruturada

AUTOR(ES)

Carla Simone Cardoso GuimarÃes

DATA DE PUBLICAÇÃO

2003

RESUMO

Diversos procedimentos mÃdicos, inclusive aqueles cirÃrgicos que utilizam laser, tÃm como principal fator limitante o aumento de temperatura no tecido vivo fato que pode causar danos irreversÃveis ao mesmo, chegando atà à sua evaporaÃÃo. A hipertermia pode ser o processo terapÃutico em si (tratamento de tumores com laser, com radiofreqÃÃncia e ablaÃÃo) ou decorrente dele (cirurgias oftalmolÃgicas refrativas com uso de laser). Ferramentas numÃricas e computacionais, utilizadas na engenharia, sÃo cada dia mais usadas na simulaÃÃo de tais procedimentos com o intuito de calcular o campo de temperaturas, tendo como propÃsito guiar o mÃdico mais precisamente antes de uma intervenÃÃo. Algumas aplicaÃÃes podem ser simuladas com o uso de coordenadas cilÃndricas ou esfÃricas. Em outras, o uso de malhas nÃo-estruturadas à mais adequado devido à presenÃa maciÃa de geometrias irregulares no corpo humano. Tumores nÃo-operÃveis podem ser irradiados com fontes de laser por via endoscÃpica. Sua funÃÃo à causar uma elevaÃÃo de temperatura local a fim de destruir as cÃlulas cancerÃgenas, sem, no entanto, causar dano tÃrmico à regiÃo sadia circunvizinha. A precisÃo desta anÃlise està ligada à utilizaÃÃo de mÃtodos numÃricos adequados. O presente trabalho visa o desenvolvimento de uma ferramenta computacional atravÃs da utilizaÃÃo do mÃtodo dos volumes finitos (MVF) para solucionar a equaÃÃo da biotransferÃncia de calor em malhas bidimensionais triangulares nÃo-estruturadas. SerÃo feitas descriÃÃes: do modelo fÃsico-matemÃtico pertinente; da funÃÃo dano; da tÃcnica para obtenÃÃo do domÃnio geomÃtrico de interesse; das propriedades termofÃsicas dos tecidos envolvidos na questÃo; bem como da escolha da fonte de laser mais adequada à utilizaÃÃo no procedimento a ser simulado. Em seguida serà descrita a formulaÃÃo do mÃtodo dos volumes finitos com estrutura de dados por arestas, e apresentada a aproximaÃÃo usada na soluÃÃo das integrais envolvidas no modelo. Descreve-se entÃo todo o ciclo envolvido na modelagem e implementaÃÃo computacional da metodologia adotada, que compreende as seguintes etapas: captura e digitalizaÃÃo da imagem; modelagem geomÃtrica e geraÃÃo da malha discreta; prÃprocessamento dos dados; programa de anÃlise via MÃtodo dos Volumes Finitos (MVF); pÃsprocessamento e visualizaÃÃo dos resultados. Alguns exemplos usados para validaÃÃo do programa de anÃlise sÃo apresentados. Finalmente, apresenta-se o problema analisado, onde um tumor de duodeno de 2cm de diÃmetro foi aquecido, atravÃs de uma sonda de laser Nd:YAG, em trÃs pontos diferentes, durante um tempo total de 120s, divididos em dois ciclos de 60s. As temperaturas nos pontos mais crÃticos atingiram valores da ordem de 135ÂC, com o dano alcanÃando valores da ordem de 1018. PorÃm a interface entre o tumor e o tecido sadio, nÃo apresentou dano tÃrmico, sob as condiÃÃes supracitadas

ASSUNTO(S)

modelagem computacional hipertemia engenharia mecanica biotransferÃncia de calor

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