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http://hdl.handle.net/1843/BUBD-ARNN5P| Type: | Dissertação de Mestrado |
| Title: | Análise das condições de contorno e dos termos da equação clássica de biotransferência de calor aplicada ao procedimento de crioterapia da articulação do joelho canino |
| Authors: | Caroline Rodrigues |
| First Advisor: | Rudolf Huebner |
| First Referee: | Angélica Rodrigues de Araújo |
| Second Referee: | Marcio Fonte Boa Cortez |
| Third Referee: | Matheus Pereira Porto |
| Abstract: | Os procedimentos não farmacológicos são bastante comuns no tratamento de lesões. Dentre as diversas técnicas disponíveis, a crioterapia vem se destacando devido à sua eficiência quando aplicada em determinadas lesões. Para que o tratamento ocorra de forma apropriada é importante que a temperatura dos tecidos atinja valores dentro de uma faixa recomendada. O conhecimento do perfil da temperatura durante a crioterapia é fundamental para assegurar os benefícios do tratamento. Os métodos disponíveis para monitoramento da temperatura são invasivos e muitas vezes imprecisos. Diante disso, a equação de biotransferência de calor proposta por Pennes surgiu como uma alternativa para determinar a temperatura onsiderando a contribuição da perfusão sanguínea e da geração de calor metabólico. Nesse contexto, as simulações numéricas são ferramentas importantes para solucionar as equações e determinar o perfil de temperatura dos tecidos. Neste trabalho foram realizadas simulações numéricas da aplicação da crioterapia em joelho canino. O objetivo principal deste estudo foi de apresentar uma proposta de modelo numérico que melhor representa o resfriamento terapêutico. Para realizar as simulações foi utilizado um modelo geométrico representativo da seção transversal do joelho canino. As simulações foram realizadas com o auxílio do programa Ansys e tiveram duração de 30 minutos, representando a duração da crioterapia. Nas simulações foram avaliados os efeitos, no campo de temperatura, da aplicação individual, de dois tipos de condições de contorno. A primeira considerou como condição de contorno um fluxo de calor de -948,9 W/m² e a segunda condição contemplou o uso de uma função, da temperatura experimental, aplicada à epiderme. A condição de contorno que apresentou os melhores resultados foi a segunda condição simulada com valor médio de diferença percentual média de 14,36%. Ao determinar a condição de contorno ideal, foram realizadas simulações para avaliar as diferentes propostas de taxa de perfusão sanguínea, sendo que a terceira configuração considerou a taxa de perfusão constante. A quarta considerou perfusão variando exponencialmente com a temperatura do tecido, e a quinta configuração considerou a perfusão variando de forma exponencial com a temperatura da pele. As simulações em que a taxa de perfusão foi constante e variando exponencialmente com a temperatura da pele obteveram os menores valores de diferença percentual média de 14,24% e 14,28%, respectivamente. Diante desses resultados foram realizadas simulações para avaliar a contribuição do termo de geração de calor metabólico variando com a temperatura do tecido vivo. As últimas simulações apresentaram valores de diferença percentual média de 14,35%, para taxa de perfusão constante e 14,39%, para a taxa de perfusão variável com a temperatura da pele. Foram realizadas sete simulações e a que apresentou uma boa aproximação com os dados experimentais, em relação às demais propostas, foi a que adotou a temperatura da epiderme como condição de contorno, perfusão sanguínea variando exponencialmente com a temperatura da pele e metabolismo constante. Porém, novos estudos são necessários a fim de melhor representar a crioterapia por meio de simulação numérica. |
| Abstract: | Non-pharmacological procedures are quite common in the treatment of injuries. Among the various techniques available, cryotherapy has been highlighted due to its efficiency when applied in certain lesions. In order for the treatment to occur properly it is important that the tissue temperature reach values within a recommended range. Knowing the temperature profile during cryotherapy is critical to ensuring the benefits of treatment. The methods available for temperature monitoring are invasive and often inaccurate. Thus, the heat transfer equation proposed by Pennes appeared as an alternative to determine the temperature considering the contribution of blood perfusion and metabolic heat generation. In this context, numerical simulations are important tools for solving the equations and determining the temperature profile of the tissues. In this work, numerical simulations of the application of cryotherapy in canine knee were performed. The main objective of this study was to present a proposal of the numerical model that best represents the therapeutic cooling. To perform the simulations, a geometric model representative of the cross section of the canine knee was used. The simulations were performed using the Ansys program and lasted 30 minutes, representing the duration of cryotherapy. In the simulations, the effects, in the temperature field, of the individual application, of three types of contour conditions were evaluated. The first one considered as a heat flow contour condition of -948.9 W / m² and a second condition contemplated the use of a function, the experimental temperature, applied to the epidermis. The contour condition that presented the best results was the second simulated condition with a mean percentage difference of 14.36%. When determining the ideal contour condition, simulations were performed to evaluate the different proposals of blood perfusion rate, and the third configuration considered the rate of perfusion constant. The fourth considered perfusion varying exponentially with tissue temperature, and the fifth configuration considered the perfusion varying exponentially with skin temperature. Simulations in which the perfusion rate was constant and varying exponentially with skin temperature obtained the lowest mean percentage difference values of 14.24% and 14.28%, respectively. In view of these results, simulations were carried out to evaluate the contribution of the term of metabolic heat generation varying with the temperature of the living tissue. The last simulations showed mean percentage difference values of 14.35% for constant perfusion rate and 14.39% for variable perfusion rate with skin temperature. Seven simulations were performed and the one that presented a good approximation with the experimental data was the one that adopted the temperature of the epidermis as contour condition, blood perfusion varying exponentially with skin temperature and constant metabolism. Seven simulations were performed and a good approximation was presented with the experimental data, in relation to the others, for a temperature of the epidermis as a contour condition, blood perfusion varying exponentially with a skin temperature and constant metabolism. However, new studies are needed in order to better represent cryotherapy by means of numerical simulation. |
| Subject: | Crioterapia Baixas temperaturas Análise numérica Engenharia mecânica |
| language: | Português |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/BUBD-ARNN5P |
| Issue Date: | 28-Aug-2017 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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