Комп’ютерне моделювання робочого інструменту термоелектричного приладу для кріодеструкції з врахуванням фазового переходу
Ключові слова:
кріодеструкція, робочий інструмент, температурний вплив, шкіра людини, динамічний режим, комп’ютерне моделюванняАнотація
У роботі наведено результати комп’ютерного моделювання робочого інструменту термоелектричного приладу для кріодеструкції з врахуванням фазового переходу, а також циклічного температурного впливу на шкіру людини у динамічному режимі. Побудовано фізичну модель робочого інструменту, тривимірну комп’ютерну модель біологічної тканини з врахуванням теплофізичних процесів, кровообігу, теплообміну, процесів метаболізму та фазового переходу. Як приклад, розглянуто випадок, коли на поверхні шкіри знаходиться робочий інструмент, температура якого змінюється циклічно за наперед заданим законом у діапазоні температур [‑50 ÷ +50] °C. Визначено розподіли температури у різних шарах шкіри людини в режимах охолодження та нагріву. Отримані результати дають можливість прогнозувати глибину промерзання і прогрівання біологічної тканини при заданому температурному впливі.
Посилання
1. Анатичук Л.І. Термоелектрика. Т. 2. Термоелектричні перетворювачі енергії. Київ, Чернівці: Інститут термоелектрики, 2003. – 376 с.
2. Москалик І.А., Маник О.М. Про використання термоелектричного охолодження у практиці кріодеструкції // Термоелектрика. − № 6. – 2013. – С. 84 – 92.
3. Москалик І.А. Про використання термоелектричних приладів у кріохірургії // Фізика і хімія твердого тіла. – №4. – 2015. – С. 742 – 746.
4. Анатичук Л.І., Денисенко О.І., Кобилянський Р.Р., Каденюк Т.Я. Про використання термоелектричного охолодження в дерматології та косметології // Термоелектрика. − № 3. – 2015. – С. 57 – 71.
5. Кобилянський Р.Р., Москалик І.А. Комп’ютерне моделювання локального теплового впливу на біологічну тканину // Термоелектрика. − № 6. – 2015. – C. 59 – 68.
6. Кобилянський Р.Р., Каденюк Т.Я. Про перспективи використання термоелектрики для лікування захворювань шкіри холодом // Науковий вісник Чернівецького університету: збірник наук. праць. Фізика. Електроніка. – Т. 5, Вип. 1. – Чернівці: Чернівецький національний університет, 2016. – С. 67 – 72.
7. Анатичук Л.І., Денисенко О.І., Кобилянський Р.Р., Каденюк Т.Я., Перепічка М.П. Сучасні методи кріотерапії в дерматологічній практиці // Клінічна та експериментальна патологія. – Том XVІ. – №1 (59). – 2017. – С. 150 – 156.
8. Анатичук Л.І., Денисенко О.І., Шуленіна О.В., Микитюк О.П., Кобилянський Р.Р. Результати клінічного застосування термоелектричного приладу для лікування захворювань шкіри // Термоелектрика. − № 3. – 2018. – С. 52 – 66.
9. Кобилянський Р.Р., Маник О.М., Вигонний В.Ю. Про використання термоелектричного охолодження для кріодеструкції у дерматології // Термоелектрика. − № 6. – 2018. – С. 36 – 46.
10. Анатичук Л.І., Денисенко О.І., Кобилянський Р.Р., Степаненко В.І., Свирид С.Г., Степаненко Р.Л., Перепічка М.П. Термоелектричний прилад для лікування захворювань шкіри // Термоелектрика. − № 4. – 2019. – С. 62 – 73.
11. Анатичук Л.І., Тодуров Б.М., Кобилянський Р.Р., Джал С.А. Про використання термоелектричних мікрогенераторів для живлення електрокардіостимуляторів // Термоелектрика. − № 5. – 2019. – С. 60 – 88.
12. Анатичук Л.І., Вихор Л.М., Коцур М.П., Кобилянський Р.Р., Каденюк Т.Я. Оптимальне керування часовою залежністю температури охолодження в термоелектричних пристроях // Термоелектрика. − № 5. – 2016. – С. 5 – 11.
13. Анатичук Л.І., Кобилянський Р.Р., Каденюк Т.Я. Комп’ютерне моделювання локального теплового впливу на шкіру людини // Термоелектрика. − № 1. – 2017. – С. 69 – 79.
14. Анатичук Л.І., Вихор Л.М., Кобилянський Р.Р., Каденюк Т.Я. Комп’ютерне моделювання та оптимізація динамічних режимів роботи термоелектричного приладу для лікування захворювань шкіри // Термоелектрика. − № 2. – 2017. – С. 44 – 57.
15. Анатичук Л.І., Вихор Л.М., Кобилянський Р.Р., Каденюк Т.Я., Зварич О.В. Комп’ютерне моделювання та оптимізація динамічних режимів роботи термоелектричного приладу для рефлексотерапії // Термоелектрика. − № 3. – 2017. – С. 68 – 78.
16. Анатичук Л.І., Вихор Л.М., Кобилянський Р.Р., Каденюк Т.Я. Комп’ютерне моделювання та оптимізація динамічних режимів роботи термоелектричного приладу для кріодеструкції // Фізика і хімія твердого тіла. – Т.18. − № 4. – 2017. – С. 455 – 459.
17. Anatychuk L., Vikhor L., Kotsur M., Kobylianskyi R., Kadeniuk T. (2018). Optimal control of time dependence of temperature in thermoelectric devices for medical purposes. International Journal of Thermophysics 39:108. https://doi.org/10.1007/s10765-018-2430-z.
18. Анатичук Л.І., Кобилянський Р.Р., Федорів Р.В. Методика врахування фазового переходу в біологічній тканині при комп’ютерному моделюванні процесу кріодеструкції // Термоелектрика. − № 1. – 2019. – С. 46 – 58.
19. Анатичук Л.І., Кобилянський Р.Р., Федорів Р.В. Комп’ютерне моделювання процесу кріодеструкції шкіри людини при термоелектричному охолодженні // Термоелектрика. − № 2. – 2019. – С. 21 – 35.
20. Анатичук Л.І., Кобилянський Р.Р., Федорів Р.В. Комп’ютерне моделювання циклічного температурного впливу на шкіру людини // Термоелектрика. − № 2. – 2020. – С. 48 – 64.
21. Анатичук Л.І., Кобилянський Р.Р., Федорів Р.В. Комп’ютерне моделювання циклічного температурного впливу на онкологічне новоутворення шкіри людини // Термоелектрика. − № 3. – 2020. – С. 29 – 46.
22. Miller P., Metzner D. (1969). Cryosurgery for tumors of the head and neck. – Trns. Am.Ophthalmol. Otolaringol. Soc., 73 (2), 300 – 309.
23. D’Hont G. La cryotherapie en ORL (1974). Acta. Otorhinolaringol., 28 (2), 274 – 278.
24. Mazur P. (1968). Physical-chemical factors underlying cell injury in cryosurgical freezing. In:Cryosurgery ed. by R.W. Rand, A.P. Rinfret, H. Leden – Springfield, Illinois, U.S.A.1968 p. 32 – 51.
25. Gill W., Fraser I. (1968). A look at cryosurgery. Scot, Med, I., 3, 268 – 273.
26. Van Venrjy G. (1975). Freeze-etching: freezing velocity and crystal size at different size locations in samples. Cryobiology, 12 (1), 46 – 61.
27. Bause H. (2004). Kryotherapie lokalisierter klassischer, neues Verfahren mit Peltier-Elementen (– 32 °C) Erfahrungsbericht Hamangiome. Monatsschr Kinderheilkd. 152, 16 – 22.
28. Анатичук Л.І., Кобилянський Р.Р., Федорів Р.В. Комп’ютерне моделювання робочого інструменту термоелектричного приладу для кріодеструкції без врахуванням фазового переходу // Термоелектрика. − № 2. – 2022.
29. COMSOL Multiphysics User’s Guide (2010). COMSOLAB.
30. Jiang S.C., Ma N., Li H.J., Zhang X.X. (2002). Effects of thermal properties and geometrical dimensions on skin burn injuries. Burns, 28, 713 – 717.
31. Cetingul M.P., Herman C. (2008). Identification of skin lesions from the transient thermal response using infrared imaging technique. IEEE, 1219 – 1222.
32. Ciesielski M., Mochnacki B., Szopa R. (2011). Numerical modeling of biological tissue heating. Admissible thermal dose. Scientific Research of the Institute of Mathematics and Computer Science, 1 (10), 11 – 20.
33. Filipoiu Florin, Ioan Bogdan Andrei, Carstea Iulia Maria (2010). Computer-aided analysis of the heat transfer in skin tissue. Proceedings of the 3rd WSEAS Int. Conference on Finite Differences – Finite Elements – Finite Volumes – Boundary Elements, 53 – 59.
34. Carstea Daniela, Carstea Ion, Carstea Iulia Maria. (2011). Interdisciplinarity in computer-aided analysis of thermal therapies. WSEAS Transactions on Systems and Control, 6 (4), 115 – 124.
35. Deng Z.S. Liu J. (2005). Numerical simulation of selective freezing of target biological tissues following injection of solutions with specific thermal properties. Cryobiology, 50, 183 – 192.
36. Han Liang Lim, Venmathi Gunasekaran (2011). Mathematical modeling of heat distribution during cryosurgery. https://isn.ucsd.edu/last/courses/beng221/problems/2011/project10.pdf.
37. Shah Vishal N., Orlov Oleg I., Orlov Cinthia, Takebe Manabu, Thomas Matthew, and Plestis Konstadinos (2018). Combined cryo-maze procedure and mitral valve repair through a ministernotomy. Multimed Man Cardiothorac Surg. doi: 10.1510/mmcts.2018.022.
38. Rykaczewski Konrad (2019). Modeling thermal contact resistance at the finger-object interface. Temperature, 6 (1), 85 – 95.
