MATHEMATICAL MODEL AND EXPERIMENTAL ESTIMATION OF THERMAL PROCESSES IN HEATING MODULE AS A PART OF STEAM ABLATION DEVICE FOR VARICOSE VEINS TREATMENT
Authors: Кривоносова Дина Владимировна , Ермолаев Евгений Сергеевич 
Published: April 2021

На сегодняшний день в России для лечения варикозного расширения вен часто проводятся малоинвазивные операции методами радиочастотной или лазерной облитерации, при этом метод паровой облитерации при лечении варикозной болезни не применяется совсем. Однако метод паровой облитерации обладает существенными преимуществами: малый объём и биоинертность рабочей среды - водяного пара, его невысокая температура - 120 °С, исключающая вероятность образования нагара и перфорации венозной стенки. Целью данной работы является разработка математической модели для расчёта тепловых характеристик блока нагревания, входящего в устройство для лечения варикозной болезни методом паровой облитерации. Модель описывает теплообменные процессы в гидравлической трубке блока нагревания и может быть полезна при расчёте размеров нагревательного элемента, обеспечивающих нагрев и парообразование определённой порции воды. С целью верификации математической модели результаты моделирования были сопоставлены с экспериментальными данными. Была проведена серия экспериментов, в ходе которых были получены значения энергии, содержащейся в одной инжекции пара, и объём воды в одной инжекции, а также оценена фактическая тепловая мощность нагревателя. Сравнение результатов имитационного моделирования и значения фактической тепловой мощности пара, полученной экспериментальным путем, показала работоспособность математической модели. Разработанная математическая модель позволяет подбирать геометрические параметры нагревательного элемента в зависимости от требуемой тепловой мощности, которая должна быть обеспечена блоком нагревания, а также варьировать параметры нагревательного элемента для разной степени нагрева тканей
Today in Russia minimally invasive varicose veins treatment is often performed using radiofrequency or laser ablation, while the method of steam ablation is not used at all. However, the steam ablation method has significant advantages: a small volume and biological inertness of the working substance - sterile water vapor, its low temperature - 120 °C, excluding the carbon deposits and perforation of the vein wall. The purpose of this work is to develop a mathematical model for calculating the thermal characteristics of the heating module as a part of the device for varicose veins treatment using steam ablation. The model describes heat exchange processes in the hydraulic circuit of the heating module and can be applied to calculate the dimensions of the heating module which provides heating and vaporization of a certain portion of water. In order to verify the mathematical model, the simulation results were compared with experimental data. A series of experiments were carried out in which the energy contained in one steam injection and the volume of water in one injection were estimated, as well as the actual thermal power of the heating module. Comparison of the results of simulation and the value of the actual thermal power of steam obtained experimentally showed the efficiency of the mathematical model. The proposed mathematical model allows to select the geometric parameters of the heating element depending on the required thermal power, which must be provided by the heating module, and also to vary the parameters of the heating element for different degrees of tissue heating