МОДЕЛЮВАННЯ РОЗПОДІЛУ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ПРИ ТЕРМІЧНИХ УРАЖЕННЯХ БІОЛОГІЧНИХ ТКАНИН
MODELLING OF TEMPERATURE FIELD DISTRIBUTION IN BIOLOGICAL TISSUE THERMAL LESION
Сторінки: 208-215. Номер: №3, 2021 (297) 
Автори:
Ю. В. ШТЕФУРА
Київський національний університет технологій та дизайну
К. Л. ШЕВЧЕНКО, О. В. КОЗИР, О. В. СТАЦЕНКО
Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”
JULIA V. SHTEFURA
Kyiv National University of Technologies and Design
KOSTIANTYN L. SHEVCHENKO, OLEH V. KOZYR, OLEKSII V. STATSENKO
National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2021-297-3-208-215
Надійшла / Paper received : 17.05.2021 р
Надрукована / Paper Printed : 30.06.2021 р
Анотація мовою оригіналу
Своєчасне визначення ступеня термічного ураження прискорює процес лікування і підвищує його ефективність. Ступінь термічного ураження можна оцінювати шляхом визначення різниці температур здорового і ураженого ділянок біологічної тканини. Для забезпечення можливості такої оцінки біологічна тканина представлена у вигляді багатошарової структури, на основі якої отримана модель стаціонарного теплового режиму фрагмента біологічної тканини у вигляді узагальненої теплової моделі і математичної моделі розподілу температурного поля у фрагменті. У статті описані принципи побудови математичної моделі розподілу температурного поля в зоні термічного ураження біологічної тканини в стаціонарному режимі. Дана модель дозволяє отримати числову оцінку різниці поверхневої температури здорових і уражених ділянок тканини і на її основі оцінювати ступінь термічного ураження.
Ключові слова: біологічна тканина, математична модель, розподіл температурного поля, ступінь термічного ураження.
Розширена анотація англійською мовою
Early determination of the thermal lesion degree in case of scald accelerates the treatment process and increases its effectiveness. The thermal lesion degree can be evaluated by determining the temperature difference between healthy and injured areas of biological tissue. For this purpose, a model of biological tissue in the form of a multilayer structure can be used. Heat exchange processes in such a structure are described by a generalized thermal model. Such structure contains conditionally flat heat sources located in each layer, which have the form of a developed network of blood vessels. The considered model of biological tissue quite accurately describes the heat exchange processes in body tissues.
The article considers heat exchange processes that take place in biological tissue and a number of assumptions that should be used to mathematically describe these processes were identified. During the analysis of heat transfer process, the equations of temperature distribution in the tissue layers and the boundary conditions that describe the thermal interaction of the model with the environment are determined. As a result, the model of the stationary thermal regime of a biological tissue fragment in the form of a generalized thermal model and a mathematical model of the temperature field distribution in this fragment is obtained. This model is determined by many parameters, which are divided into 3 groups: thermophysical parameters; structural and topological parameters; parameters of the blood vascular system. Models of the particular fragment thermal regime are unequivocally determined by a combination of these parameters.
For the analysis of temperature in any point of biological tissue modelled part mathematical model of temperature field distribution in stationary mode was developed. This model allows reasonable approach to the thermal lesion degree evaluation on the basis of the surface temperature difference between healthy and injured areas of tissue.
Keywords: biological tissue, mathematical model, temperature field distribution, lesion degree evaluation.
References
- Termicheskie i himicheskie povrezhdeniya. Elektrotravma : uchebnoe posobie dlya studentov, vrachej internov, klinicheskih ordinatorov, rabotnikov prakticheskogo zdravoohraneniya / [Lavreshin P.M., Vladimirova O.V., Gobedzhishvili V.K. i dr.]. – Stavropol : Izd-vo StGMU, 2017. – 144 s.
- Ozhogovyj shok : monogr. / [V. P. Shano, V. K. Grin, E. Ya. Fistal, O. I. Miminoshvili, Yu. V. Zayac] ; In-t neotlozh. i vosstanov. hirurgii im. V.K. Gusaka AMN Ukrainy, Donec. gos. med. un-t im. Gorkogo. – Doneck : Yugo-Vostok, 2006. – 175 c.
- Nikolaieva K. D. Informatsiino-vymiriuvalna systema otsinky kharakterystyk opikiv na bazi tekhnolohii shtuchnoho intelektu / K. D. Nikolaieva, Yu. V. Shtefura // Materialy KhIKh mizhnarodnoi naukovo-tekhnichnoi konferentsii «Vymiriuvalna ta obchysliuvalna tekhnika u tekhnolohichnykh protsesakh». – Odesa, 14-17 chervnia, 2019. – S. 45-46.
- Medicinskoe teplovidenie : uchebnoe posobie / [Achkasov E.E., Volovik M.G., Dolgov I.M., Kolesov S.N.]. – M. : INFRA-M, 2019. 218 s., ill. – (Seriya «Vysshee obrazovanie. Specialitet»). – ISBN: 978-5-16-015293-6. www.dx.doi.org/10.12737/textbook_5ce64de5707d59.18786697.
- Patent RF № 2339300. Sposob diagnostiki glubiny ozhogovoj rany (s pomoshyu teplovizionnogo issledovaniya) / Kislicin P.V., Aminev V.A., Priluchnyj M.A., Kolesov S.N. – Opubl. 27.11.2008, byul. 22.
- Ogorodnejchuk I.F. Raschet temperaturnogo polya v sloistoj srede s teplovydelyayushimi istochnikami, raspolozhennymi mezhdu dvumya sloyami / I.F. Ogorodnejchuk, M.Ya. Zhitomirskij, V.V. Semenec // Avtomatizaciya proektirovaniya v elektronike. – K. : Tehnika, 1983. – Vyp. 27. – S. 129–135.
- Vlasov V.A. Analiticheskij raschet temperaturnyh polej tverdyh shem v staticheskom rezhime / V.A. Vlasov, P.I. Popov // Izv. Vuzov SSSR. Radioelektronika. – 1968. – № 7. – S. 775–779.
- Zaks D.I. Parametry teplovogo rezhima poluprovodnikovyh mikroshem / Zaks D.I. – M. : Radio i svyaz, 1983. – 128 s.
- Medvedev B. V. Nachala teoreticheskoj fiziki. Mehanika, teoriya polya, elementy kvantovoj mehaniki / Medvedev B. V. – M. : FIZMATLIT, 2007. – S. 186.
