ЧИСЛЕННОЕ ИЗУЧЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПОВЕРХНОСТИ ЖЕНСКОЙ ГРУДИ ПРИ НАЛИЧИИ ОПУХОЛИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТРЕХМЕРНОЙ РЕАЛИСТИЧЕСКОЙ МНОГОСЛОЙНОЙ МОДЕЛИ

Аннотация

В данной статье представлено трехмерное математическое исследование
теплопроводности и распределения температуры на поверхности реалистической многослойной
модели женской груди, включая перфузию крови. Теплопроводность и распределение температуры
на поверхности груди вычисляются и анализируются с различными позициями и размерами
опухоли, а также различным содержанием жира в груди. В работе показано, что реалистическая
модель груди может точно прогнозировать распределение температуры внутри груди по
сравнению с традиционными идеализированными моделями. Данная модель груди была получена
с помощью инженерного 3Д-сканирования, а также программы SOLIDWORKS. Математические
расчеты были выполнены Методом конечных элементов с помощью программ MATLAB, LiveLink
и COMSOL Multiphysics. Для установки значений тепловыделения для каждой ткани: жира, слоя
железы и опухоли была использована функция «биологической ткани» COMSOL. Также был
использован нелинейный метод Ньютона с начальным коэффициентом демпфирования 0,01 и
минимальным коэффициентом демпфирования 10-6
. С целью получения точных, а также надежных
результатов было проведено исследование сходимости сетки. На основании полученных
результатов было решено использовать сетку из 37 231 тетраэдрических элементов при изменении
температуры на 0,002°C, что является гораздо меньшим значением, чем разрешение
тепловизорных камер, необходимым для идентификации опухоли. Результаты демонстрируют, что
все идентифицируемые опухолевые случаи проявлялись на глубине от 13 до 23 мм. При этом на
глубине 29 мм и более в железе опухоль не была обнаружена. В связи с этим было отмечено, что
опухоли, лежащие в слое молочной железы, оказывали меньшее влияние на теплопроводность и
распределение температуры на поверхности груди. Кроме того, исследование демонстрирует, что
из-за естественной деформации, геометрия груди имеет асимметричное распределение
температуры поверхности относительно симметричных положений опухоли. Таким образом,
проведенное параметрическое, математическое исследование анализирует локализацию опухоли,
ее размер и метаболическое выделение тепла, а также сравнивает различные температурные схемы,
подверженные изменениям в жировом слое. Все это дает более глубокое представление об
обнаружении опухолей с различными физиологическими состояниями на основе персонализированных данных пациентов и может дать полезную информацию для повышения
точности компьютерной диагностики с использованием аналогичных моделей молочных желез.