Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время при лечении онкологических больных повсеместно распространена тепловая процедура: локальная гипертермия (ЛГ) - мощное средство воздействия на злокачественные новообразования. При нагреве здоровой и опухолевой биоткани измененяются реологические свойства крови, что сказывается на гемодинамике и теплообмене, а в конечном итоге и на температурном поле в зоне нагрева. Актуальность работы обусловлена настоятельной потребностью в анализе и оценках роли и влияния реологического фактора кровотока в локальной гипертермии опухолей. В современной литературе такие данные отсутствуют.
Связь работы с крупными научными программами, темами. Данная работа выполнялась в рамках проектов Фонда фундаментальных исследований Республики Беларусь: "Реологический и теплофизический факторы гипертермии опухолевых биотканей" (грант N БЗ-222: 1992-1994 гг.) и "Геофизика и процессы теплопереноса в живых системах - проблема общей гипертермии (ОГТ)" (грант N Б94-009: 1995-1997 гг.) (руководитель - проф. З.П.Шульман).
Цель и задачи исследования - анализ влияния реологических особенностей крови на гемодинамику и теплообмен при локальной электромагнитной гипертермии (ЛГ) злокачественных опухолей, разработка модели кровотока в системе мелких артерий с учтом вязкопластпчности крови и концентрационных эффектов, дальнейшее развитие тепловых методов определения интенсивности микроцпркуляторного кровотока в ходе ЛГ.
Методы исследования. Поставленная цель достигается использованием методов гидродинамики и теплообмена неньютоновских жидкостей, аналитических и численных, математическим моделированием и численным экспериментом.
Научная новизна полученных результатов: 1) Учтены реологические характеристики крови и неньютоновость микроциркуляционного кровотока при моделировании теплообмена и пространственно-временных эволюции температурных полей ЛГ; 2) Разработана модель кровотока в отдельном сосуде и системе мелких артерий, учитывающая вязкопластичность крови и образование пристенного слоя плазмы (эффекты Фареуса-Линдквиста и Фареуса); 3) Предложен метод оценки кровотока до нагрева биоткани и в ходе ЛГ по результатам измерений температуры в одной контрольной точке с учетом кондуктивпой растёчки тепла; 4) Модель расчета внутренних теплоисточников при облучении плоской СВЧ-волной биоткани построена для случая многослойной среды и учитывает отражения волны на границах слоев.
Практическая значимость полученных результатов. Полученные в исследовании количественные и качественные оценки главных характеристик ЛГ исключительно важны для понимания общей стратегии больбы с раком. Предложенные в работе усовершенствованные методы определения интенсив-
ности кровотока в ходе ЛГ по данным температурных измерений потенциально способствуют повышению эффективности ЛГ. Становится возможным более корректный расчет температурных полей в нагреваемой биоткани и адекватное управление мощностью нагревателя.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
-
Модель расчета тепловыделений при поглощении плоской электромагнитной волны в одномерной многослойной биоткани, учитывающая отражение волн на границах слоев.
-
Реологическая модель микродиркуляиии (перфузии^, включающая вязко-пластичность крови, концентрационные эффекты (Фареуса и Фареуса-Линдквиста), сложную архитектонику сосудистого древа и вазомоции (изменение просвета сосудов при нагреве биоткани).
-
Модель эквивалентной проницаемой среды (ЭПС)
-
Установление связи между эффективным диаметром и длиной эквивалентного сосуда с характеристиками микрососудистого древа.
-
Метод оценки начальной (до нагреваї перфузии, использующий кинетический подход и модель темперагурно-временной суперпозиции. Учтена неоднородность поля температур в биоткани и вклад в теплообмен кондуктивного члена биотеплового уравнения.
-
Положения о том, что: 1) допустимо пренебрегать влиянием температуры на изменения диэлектрических свойств мышечной ткани при ЛГ; 2) концентрационные эффекты играют заметную роль в конвективном теплообмене крови в артериальных сосудах, а вклад вязкопластичности невелик; 3) совместное действие вазомоции и концентрационных эффектов приводит к проявлению псевлопластичности крови in vivo даже при высоких скоростях сдвига; 4) значительного влияния вязкопластичности на гемодинамику и конвективный теплообмен можно ожидать при тепловом сосудистом стазе.
Апробация результатов диссертации. Основные результаты работы отражены в отчетах ВНК "РЕОМЕД" по проектам БЗ-222 Фонда фундаментальных исследований Республики Беларусь "Реологический и теплофизичес-кий факторы в гипертермии опухолевых биотканей" (1992-1994 гг.) и первого этапа проекта Б94-009 "Реофизика и процессы переноса в живых системах -проблема общей гапертермин (ОГТ)" (1995г.). Ее результаты докладывались на Реологическом симпозиуме в г.Саратове (июль 1994г.) и III Минском международном форуме (Минск, 20-24 мая 1996г.). Основное содержание диссертации опубликовано в работах [1-18].
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и приложения. Работа изложена на 157 страницах и содержит 41 рисунок, 14 таблиц, 163 наименования цитируемой литературы.