بررسي اثر نانو ذرات مختلف بر سرما‌درماني با استفاده از مدل انتقال گرما غير فوريه

Investigation of the effect of nanoparticles on cryosurgery using non-Fourier heat transfer model

جراحي با سرمايش يا انجماد، يك روش درماني است كه از آن براي از بين بردن بافت‌هاي نامطلوب و بدخيم در ميان بافت‌ها و اعضاي سالم استفاده مي‌شود. با اضافه شدن نانو سيال به بخش بافت معيوب، مي‌توان اثربخشي اين روش را افزايش داد. در اين پژوهش اثر نانو سيالات مختلف و غلظت آن‌ها در بافت بر انجماد و توزيع دما، مورد بررسي قرار خواهد گرفت. ابتدا تفاوت بين حالت فوريه و غير فوريه معادله دما نشان داده شده است؛ براي بررسي اثر نانو سيال بر انجماد بافت از حالت غير فوريه معادله دما استفاده شده است. از روش انتالپي براي حل معادلات دما با تغيير فاز استفاده خواهد شد. نتايج نشان مي‌دهند كه با اضافه شدن نانو سيال به بافت به دليل افزايش در مقدار ضريب رسانايي گرمايي، پيشروي سرمايش بيشتر شده و در زمان يكسان، دماي هر نقطه نسبت به حالت بدون نانو سيال مقدار كمتري دارد. همچنين تزريق نانو سيال منجر به افزايش نرخ سرمايش (افزايش بيش از 40 درصد با تزريق نانو سيال Ag) و درنتيجه افزايش آسيب به تومور مي‌شود. همچنين نشان داده شده است كه هر چه ضريب رسانايي گرمايي نانو ذرات و يا غلظت نانو ذرات در بافت بيشتر باشد، دماي بافت پايين‌تر آمده، نرخ سرمايش بيشتر شده و در نتيجه آسيب بيشتري به تومور وارد مي‌شود.

cryosurgery is a minimally invasive treatment that uses low temperature and freezing for ablation the disease tissue from healthy tissues. Due to the addition of nanofluid in disease tissue, It significantly improve freezing efficiency of a conventional cryosurgical procedure. In this study, the effect of different nanofluid and volume fraction of them in heat transfer will be shown. The difference between the Fourier and non-Fourier temperature equation will be shown and for evaluation the effect of nanofluid on the solidification, used the non-Fourier equation. The enthalpy method applied for phase change temperature equations. The results show that with the addition of nanofluid into the tissue due to the increase in the thermal conductivity, its increase in cooling progress and at the same time, the temperature at each point has a smaller value in compared to non-nanofluid. Nanofluid also led to increased in cooling rate (an increase of more than 40 percent by injecting nano-Ag) and thereby further damage to the tumor. It also will be shown that if the thermal conductivity of nanoparticles or nanoparticle concentration increase in the tissue the heat transfer rate increases and therefore make lower temperature tissue and this will lead to further damage to the treated tumor.