Identificação da decomposição térmica de tecidos biológicos em tratamentos por ablação a laser

Submitted by Daniele Fonseca (daniele@ct.ufrj.br) on 2020-05-08T11:35:35Z No. of bitstreams: 1 BrunaRafaellaLoiola.pdf: 23163994 bytes, checksum: 823d2e77e20e2a413298cb7062d2622b (MD5)Made available in DSpace on 2020-05-08T11:35:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BrunaRafaellaLoiola.pdf: 23163994 bytes, checksum: 823d2e77e20e2a413298cb7062d2622b (MD5) Previous issue date: 2018-04Este trabalho apresenta uma análise computacional da decomposição térmica de tecidos biológicos aquecidos por laser. Esse fenômeno é analisado através da equação de biotransferência de calor em sua forma entálpica. Foram considerados diferentes mecanismos de decomposição térmica na formulação do problema, como vaporização da água, coagulação e necrose dos tecidos, além da remoção destes devido à ablação térmica. O Método de Volumes Finitos foi utilizado para obter a solução numérica para o campo de temperaturas enquanto, o método Volume of Fluid foi utilizado para rastrear a fronteira de ablação. Alguns modelos para estimar o dano térmico dos tecidos e das células foram empregados e comparados entre si. Os resultados para o problema direto obtidos com o programa desenvolvido neste trabalho foram verificados e validados com resultados experimentais disponíveis na literatura, fornecendo uma boa indicação da área removida pelo tratamento térmico. A solução do problema inverso foi obtida com o algoritmo ABC SMC considerando medidas sintéticas intrusivas e não intrusivas do dano térmico. Para medidas não intrusivas, o algoritmo foi capaz de selecionar corretamente o modelo utilizado na geração das medidas sintéticas, dependendo da incerteza das medidas. Para medidas intrusivas, ambos os modelos de dano térmico analisados representaram adequadamente a área de decomposição térmica dependendo da calibração de seus parâmetros.This work presents a computational analysis of the thermal decomposition of biological tissues heated by a laser. This phenomenon is analyzed in terms of the bioheat transfer equation in its enthalpy form. Different mechanisms of thermal decomposition were considered in the problem formulation, such as water vaporization, coagulation and tissue necrosis, besides tissue removal due to the thermal ablation. The Finite Volume Method was used to obtain the numerical solution of the temperature field while the Volume of Fluid method was used to track the ablation interface. Some models to estimate the thermal damage in tissues and cells were used and compared. The results of the direct problem obtained with the computational code developed in this work were verified and validated with experimental results available in the literature, providing a good indication of the region removed by the thermal treatment. The solution of the inverse problem was obtained with ABC SMC algorithm considering intrusive and non-intrusive thermal damage synthetic measured data. For non-intrusive measurements, the algorithm was capable of correctly selecting the model used to generate the simulated data, depending on the measurement uncertainty. For intrusive measurements, both models analyzed could properly represent the thermal decomposition region