Title Finite element modeling and experimental investigation of infiltration of sodium chloride solution into nonviable liver tissue
Natrio chlorido tirpalo infiltracijos į negyvą kepenų audinį matematiniai ir eksperimentiniai tyrinėjimai
Authors Rimantas Barauskas
Antanas Gulbinas
Giedrius Barauskas
Publication date 2007
Abstract [eng] The aim of this study was to establish a mathematical model of the infiltration of sodium chloride solution into cadaveric liver tissue. METHODS: The time law of the flow of the infiltrated fluid at every node of the finite element model was obtained in terms of Darcy's velocity, pressure, and volumetric saturation fraction. The model equations interpret the liver tissue as a porous medium taking into account the hydraulic conductivity, capacity, and absorption mechanisms. Capability of the cadaveric liver tissue to absorb the fluid is taken into account by means of the nonlinear relationship of hydraulic capacity and absorption coefficients against the volumetric saturation fraction. To explain certain inadequacies between the computational model and experiment, the idealized models of empty blood vessels in the vicinity of the injection probe have been used. The model has been implemented in computational environment COMSOL Multiphysics. Experimental procedures were performed to analyze fluid infiltration and to calculate volume of fluid, which might be injected into certain volume of nonviable liver tissue. RESULTS: The necessary physical constants of hydraulic conductivity, capacity, and absorption of liver tissue have been determined by comparing the simulation results against the experimental data. The congruence of the modeling results against the experiment may be regarded as satisfactory. CONCLUSION: The established model analyses distribution of injected solution taking into account the hydraulic conductivity, capacity, and absorption mechanisms of liver tissue. The obtained results are of importance developing complex models of electro-thermal heating coupled with heat advection by means of infiltrated sodium chloride solution.
Abstract [lit] Tyrimo tikslas. Sukurti infiltruojamo į kepenų audinį radijo dažninės abliacijos metu skysčio plitimo matematinį modelį. Metodai. Sukūrėme baigtinių elementų skaičiuojamąjį modelį, imituojantį radijo dažninės abliacijos metu infiltruojamo skysčio plitimą kepenų audinyje, atsižvelgdami į Darcy’s greitį, slėgį bei tūrinę audinio įsotinimo frakciją. Modelio lygtyse kepenys traktuojamos kaip porėtoji terpė, pasižyminti tam tikru injekuojamo skysčio hidrauliniu laidumu, talpa bei absorbcijos mechanizmais. Remiantis netiesine tūrinės įsotinimo frakcijos priklausomybe nuo hidraulinio talpumo ir absorbcijos koeficiento, įvertinta negyvo kepenų audinio geba sukaupti tam tikrą skysčio kiekį. Siekdami įvertinti tam tikrus neatitikimus tarp skaičiuojamųjų ir eksperimentinių duomenų, panaudojome idealizuotą „tuščių kraujagyslių“, esančių injekcinės adatos aplinkoje ir galinčių nukreipti tam tikrą skysčio kiekį tolyn nuo destrukcijos zonos, modelį. Šis modelis buvo realizuotas „COMSOL Multiphysics“ skaitmeninio modeliavimo terpėje. Atlikome eksperimentinius negyvo kepenų audinio tyrinėjimus, siekdami nustatyti skysčio infiltracijos ypatybes ir apskaičiuoti maksimalų kepenų tūrio padidėjimą injekavus skystį į tam tikro tūrio negyvų kepenų audinio preparatą. Rezultatai. Lygindami skaičiuojamojo modelio ir eksperimentinius duomenis, nustatėme reikalingas hidraulinio laidumo, talpos bei audinių absorbcijos fizikines konstantas. Gautas patenkinamas skaičiuojamojo modelio ir eksperimentinių duomenų atitikimas. Išvada. Sukurtas modelis analizuoja injekuojamo skysčio pasiskirstymą kepenų audinyje atsižvelgiant į kepenų audinio hidraulinį laidumą, talpą bei absorbcijos mechanizmus. Gauti duomenys bus taikomi kuriant sudėtingesnius radijo dažninės destrukcijos modelius, [...].
E. documents Download