22937

كنترل دماي سيال مغناطيسي در محيط متخلخل

كارشناسي ارشد

ساخت و توليد

99-00

1399/7/8

دكتر برهان بيگ زاده - دكتر اميرحسين دوائي مركزي

مكانيك

يكي از راه‌هاي درمان سرطان، هايپرترمي است كه با افزايش دماي تومور تا دماي 46-42 درجه سانتي‌گراد منجر به ضعيف شدن و از بين رفتن سلول‌هاي سرطاني مي‌شود؛ و هايپرترمي خود به روش‌هاي مختلفي انجام مي‌گيرد. يكي از اين روش‌ها كه اخيرا مورد توجه قرار گرفته است، روش درمان هايپرترمي بوسيله نانوذرات مغناطيسي است. قرارگيري نانوذرات مغناطيسي داخل تومور در معرض ميدان مغناطيسي متغير سبب افزايش دماي آن مي‌شود. پس از حل عددي معادلات پيوستگي و مومنتوم در محيط متخلخل، توزيع فشار و سيال بينابيني بافت بدست خواهد آمد. با قرارگيري توزيع فشار و سرعت سيال بينابيني، توزيع دما از طريق حل معادله بيوگرمايي محيط متخلخل كه داراي منبع حرارتي ثابت است كه بوسيله نانوذرات مغناطيسي ايجاد شده است، بدست خواهد آمد. هدف اين پژوهش گرما دادن و بالا بردن دماي قسمت مشخصي از بافت سالم كه تومور سرطاني فرض شده است، و كنترل آن در دماي مطلوب Tdes = 316.15 K (43 °C) به روش فيدبك خطي است. بدين منظور ابتدا دماي بخشي از بافت (تومور) كه مربعي بود و سپس توزيع دما در يك هندسه دايروي در دماي مطلوب كنترل شد. در انتها، با استفاده از اطلاعات دمايي مركز تومور (اندازه‌گيري شده بوسيله سنسور) و دماي مرزهاي بافت كه طي زمان ثابت و برابر دماي بدن مي‌باشند، يك رگرسور طراحي شد. اين رگرسور با اين اطلاعات دمايي، ابتدا دماي كل بافت را خطي‌سازي كرده و با گرفتن فيدبك از كنترلر توزيع دمايي بافت را در دماي مطلوب تخمين مي‌‌زند. نتايج شبيه‌سازي عددي نشان مي‌دهد كه عملكرد اين رگرسور در كنترل كردن دماي تومور كاملا قابل قبول بوده است.

1399/09/18

Feedback Control of the Ferrofluid’s Temperature in Porous Media

9/30/2021 12:00:00 AM

One of the methods of treating cancer is hyperthermia which is performed in several different ways. One of the recent treatment modalities is with magnetic nanoparticles. By solving momentum and continuity equations in porous media numerically, the distribution of interstitial fluid pressure and velocity is calculated using which it is possible to numerically solve the bio-heat equation in the porous media considering magnetic nanoparticles could be treated as a heat source term. The purpose of this study is to heat up a certain part of the tissue considered as a cancerous tumor to the desired temperature of T = 316.15 K (43 ◦C) in a controlled manner using a feedback control approach. To do that, first, the controller is designed and applied to a square region assuming that the temperature feedback is ideally available to the controller for the whole tissue; thus, the geometry is mapped onto a circular region while the same transformation is applied to the controller. Finally, a simple regressor is designed to estimate the temperature of the tissue by using the temperature of a single point on the tumor along with the information of the boundary conditions; the output of the regressor is fed back to the controller. Numerical simulation results show that the performance of this regressor controller in control of the temperature of the tissue and tumor is quite acceptable.