Modelagem computacional da biotransferência de calor no tratamento por hipertemia em tumores de duodeno através do método dos volumes finitos em malhas não-estruturada

Abstract

Diversos procedimentos médicos, inclusive aqueles cirúrgicos que utilizam laser, têm como principal fator limitante o aumento de temperatura no tecido vivo fato que pode causar danos irreversíveis ao mesmo, chegando até à sua evaporação. A hipertermia pode ser o processo terapêutico em si (tratamento de tumores com laser, com radiofreqüência e ablação) ou decorrente dele (cirurgias oftalmológicas refrativas com uso de laser). Ferramentas numéricas e computacionais, utilizadas na engenharia, são cada dia mais usadas na simulação de tais procedimentos com o intuito de calcular o campo de temperaturas, tendo como propósito guiar o médico mais precisamente antes de uma intervenção. Algumas aplicações podem ser simuladas com o uso de coordenadas cilíndricas ou esféricas. Em outras, o uso de malhas não-estruturadas é mais adequado devido à presença maciça de geometrias irregulares no corpo humano. Tumores não-operáveis podem ser irradiados com fontes de laser por via endoscópica. Sua função é causar uma elevação de temperatura local a fim de destruir as células cancerígenas, sem, no entanto, causar dano térmico à região sadia circunvizinha. A precisão desta análise está ligada à utilização de métodos numéricos adequados. O presente trabalho visa o desenvolvimento de uma ferramenta computacional através da utilização do método dos volumes finitos (MVF) para solucionar a equação da biotransferência de calor em malhas bidimensionais triangulares não-estruturadas. Serão feitas descrições: do modelo físico-matemático pertinente; da função dano; da técnica para obtenção do domínio geométrico de interesse; das propriedades termofísicas dos tecidos envolvidos na questão; bem como da escolha da fonte de laser mais adequada à utilização no procedimento a ser simulado. Em seguida será descrita a formulação do método dos volumes finitos com estrutura de dados por arestas, e apresentada a aproximação usada na solução das integrais envolvidas no modelo. Descreve-se então todo o ciclo envolvido na modelagem e implementação computacional da metodologia adotada, que compreende as seguintes etapas: captura e digitalização da imagem; modelagem geométrica e geração da malha discreta; préprocessamento dos dados; programa de análise via Método dos Volumes Finitos (MVF); pósprocessamento e visualização dos resultados. Alguns exemplos usados para validação do programa de análise são apresentados. Finalmente, apresenta-se o problema analisado, onde um tumor de duodeno de 2cm de diâmetro foi aquecido, através de uma sonda de laser Nd:YAG, em três pontos diferentes, durante um tempo total de 120s, divididos em dois ciclos de 60s. As temperaturas nos pontos mais críticos atingiram valores da ordem de 135°C, com o dano alcançando valores da ordem de 1018. Porém a interface entre o tumor e o tecido sadio, não apresentou dano térmico, sob as condições supracitadas