Pemodelan Bioheat Transfer pada Jaringan Manusia Berbasis Finite Element Method.

Abstract

Bioheat transfer adalah peristiwa perpindahan panas dan massa dalam tubuh manusia yang bergantung pada sistem organ, aliran darah dan respon termal jaringan tubuh dari stimulus eksternal. Studi pemodelan bioheat transfer sangat bermanfaat pada bidang pengobatan berbasis termal untuk memprediksikan distribusi temperatur di jaringan tubuh, karena data temperatur secara eksperimen tidak banyak tersedia. Penelitian pemodelan matematika tentang interaksi termal antara pembuluh darah dan jaringan telah menjadi topik penelitian yang menarik. Dalam beberapa dekade terakhir, persamaan bioheat Pennes telah digunakan untuk model terapi kanker magnetic fluid hipertermia (MFH). Tujuan penelitian ini adalah membuat model dan simulasi bioheat transfer pada jaringan kepala manusia yang terdapat tumor otak serta melihat distribusi temperatur tiap lapisan jaringan kepala akibat respon termal dari MFH. Persamaan bioheat transfer dibuat dengan memodifikasi persamaan Pennes dengan menambahkan parameter fisiologi di setiap lapisan jaringan kepala. Solusi numerik dari persamaan dan simulasi distribusi temperatur tiap lapisan jaringan kepala menggunakan finite element method. Model yang dibuat akan divalidasi dengan data eksperimen Salloum dan dibandingkan dengan solusi analitik Zhong-Shan Deng. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pemodelan bioheat transfer pada jaringan manusia dengan menggunakan finite elemen telah berhasil dilakukan. Model ini dapat digunakan untuk melihat distribusi temperatur jaringan dengan terapi tumor magnetic fluid hipertermia (MFH). Validasi model dengan hasil analitik dan eksperimen telah dilakukan dan diperoleh persentase error yang kecil yaitu kurang dari 15%. Hal tersebut menunjukkan bahwa model yang dibuat dapat digunakan untuk menghitung distribusi temperatur pada berbagai kondisi batas yang lain dan beberapa lapisan jaringan telah digunakan dalam model ini. Hasil simulasi memperoleh nilai perfusi darah sebesar 3 5 10   b  . Kuat medan magnet yang digunakan 6.5 kA dan frekuensi 500kHz dalam MFH dapat memanaskan jaringan tumor tanpa mempengaruhi jaringan yang sehat. Pada keadaan transient MFH dapat memanasakan jaringan yang berukuran 4 cm selama 300 detik tanpa merusak jaringan yang sehat. Perlakuan MFH pada jaringan kepala menyebabkan kenaikan temperatur pada jaringan tumor dan tidak mempengaruhi jaringan yang sehat.