شبيه‌سازي عددي گرما درماني سيال مغناطيسي، با استفاده از ميدان مغناطيسي متغير، تحت تاثير انتقال حرارت جابه‌جايي

Alternating Magnetic Field and Convection Heat Transfer Implications for Magnetic Fluid Hyperthermia: a Numerical Analysis

در اين تحقيق، تحليل عددي در ارتباط با اثر گرما درماني (افزايش دماي بدن) با استفاده از نانو ذرات مغناطيسي فريت پلاتينيوم و در شرايط متغير ميدان مغناطيسي براي درمان سرطان پوست انجام شده است. حل عددي براي تحليل مسيله انتقال گرماي زيستي و همچنين القاي مغناطيسي در تومور استوانه‌اي پوست، درون بافت سالم با در نظر گرفتن تبخير سطحي پوست و انتقال حرارت جابجايي سطح پوست ارايه گرديده است. نتايج كار با مطالعات پيشين مقايسه شده، صحت نتايج عددي تاييد مي‌شود. معادله انتقال حرارت زيستي براي پيش‌بيني افزايش دما با توجه به مشخصه‌هاي نانو ذرات مغناطيسي، ميدان مغناطيسي و خصوصيات بافت و شرايط محيطي به كار مي‌رود. نتايج نشان مي‌دهد كه بين پارامترهاي موثر بر تغيير دما، تغييرات قطر اهميت بيشتري داشته، تاثير فراواني در گرما درماني دارد. همچنين از نتايج كار مشخص شده كه با افزايش ضريب انتقال گرماي جابه‌جايي، ميدان دمايي در راستاي محوري (ارتفاع از سطح پوست) بافت كاهش يافته، از اثرات گرما درماني كاسته مي‌شود؛ بنابراين گرما درماني در شرايط جابه‌جايي آزاد محيطي موثرتر است. همچنين با تغييرات مقدار ضريب انتقال حرارت جابه‌جايي، محل بيشينه دما درون تومور تغيير مي‌كند. همچنين مشخص شده ميزان تبخير سطحي پوست، تاثير كمي در فرايند گرما درماني دارد.

In this work, a numerical simulation of the effect of hyperthermia on skin cancer treatment is carried out using the FePt magnetic nanoparticles with variable magnetic field conditions.. The numerical solution is presented for the analysis of the bio-heat transfer and magnetic induction equations in a cylindrical skin tumor situated in a healthy tissueconsidering the evaporation and convection heat transfers. In order to show the validity of the work, the results obtained are compared with those of the studies already existing in the literature. The bio-heat equation is used to predict the temperature rise in terms of characteristics of the magnetic nanoparticles, applied magnetic field, and tissue. The results obtained reveal that the nanoparticle diameter has a major effect on the temperature rise. These results also show that the temperature field in the axial direction (from surface to depth) of tissue and the effect of hyperthermia decrease with increase in the convection heat transfer coefficient. In other words, hyperthermia is more effective in the presence of environmental natural convection. Moreover, the position of maximum temperature inside the tumor varies by changing the heat transfer coefficient. Also the amount of evaporation has a negligible effect on the hyperthermia treatment.