Title Investigation of radiofrequency ablation process in liver tissue by finite element modeling and experiment
Radijo dažninės kepenų audinio destrukcijos procesų matematiniai ir eksperimentiniai tyrinėjimai
Authors Rimantas Barauskas
Antanas Gulbinas
Giedrius Barauskas
Publication date 2007
Abstract [eng] Background. The character of ablation processes with high-frequency electrical current is similar in most biological tissues; however, quantitative characteristics are very different. Consequently, mathematical models of the process have a lot of specific aspects. In this study, we developed mathematical model of radiofrequency ablation in liver tissues with experimental validation of model in ex vivo porcine liver. Methods. The finite element nonlinear computational model for the simulation of the radiofrequency ablation processes and taking into account coupled electrical and thermal phenomena has been developed. The radiofrequency electric current processes are dominated by the active electric conductivity. The heat generation in biological tissues is determined by the electric current density. Simultaneously, the conductivity of the tissue is nonlinearly dependent upon the temperature of the tissue. The model has been implemented in COMSOL Multiphysics computational environment. Tests on physical characteristics of the thermal effect in ex vivo liver tissue have been performed and results compared. Results. Two oval-shaped zones of total and relative tissue destruction were highlighted. The principal distribution of the thermal effect is congruous with the theoretical model; however, the discrepancy of temperatures in experimental and theoretical models increases distally from active perfusion electrode. Conclusions. Distribution of the thermal effect is congruous in the theoretical and experimental model; however, discrepancies of temperatures imply certain inadequacies of the mathematical models. Differences of computed and actual temperatures should be regarded predicting tissue ablation in clinical setting.
Abstract [lit] Įvadas. Lokalaus audinių sunaikinimo aukšto dažnio elektros srove procesai yra panašūs daugelio biologinių struktūrų, tačiau skaitmeninės jų charakteristikos skirtingos. Taigi matematiniai šių procesų modeliai turi daug specifinių aspektų. Šia studija mes pristatome matematinį radijo dažninės kepenų audinio abliacijos modelį. Gautus duomenis palyginome su eksperimentinio modelio ex vivo kiaulės kepenų audinyje duomenimis. Metodai. Sukūrėme baigtinių elementų netiesinį skaičiuojamąjį modelį, imituojantį radijo dažninės abliacijos procesus, įvertindami susijusius elektrinius ir šiluminius reiškinius. Aukšto dažnio elektros srovės plitimo procesus valdo aktyvusis elektrinis laidumas. Šilumos generavimą biologiniame audinyje apibrėžia elektros srovės tankis ir audinių elektrinis laidumas, kuris netiesine priklausomybe susijęs su audinio temperatūra. Modelis buvo realizuotas COMSOL Multiphysics skaitinio modeliavimo terpėje. Ištyrėme radijo dažninės abliacijos metu sukuriamus šiluminius efektus negyvame kepenų audinyje, o gautus duomenis palyginome su skaičiuojamojo modelio duomenimis. Eksperimentui naudojome monopolinį radijo dažninės destrukcijos režimą su skysčiu vėsinamu aktyviu elektrodu, analogišku naudojamam klinikinėje praktikoje. Rezultatai. Įvertinę temperatūros pasiskirstymą, nustatėme dvi ovalias visiškos ir reliatyvios audinių destrukcijos zonas. Pagrindinės terminio efekto charakteristikos skaičiuojamajame modelyje ir eksperimente sutapo, tačiau nustatėme, kad, didėjant atstumui tarp aktyviojo elektrodo ir temperatūros daviklio, teoriniame ir eksperimentiniame modeliuose didėja fiksuojamų efektyvių temperatūrų skirtumai. Išvados. Terminių procesų charakteristikos skaičiuojamajame modelyje ir eksperimente sutapo, [...].
E. documents Download