Kriyo-dondurma yöntemiyle yapılan kanser tedavisi için biyo-ısı transferinin analizi
Investigation of bio-heat transfer for cancer treatmet using cryo-freezing method
Yazar: ERKAN KIZILIRMAK
Danışman: PROF. DR. OĞUZ TURGUT
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Kriyo-terapi, kriyo-problar vasıtasıyla biyolojik dokuda donmayı sağlayarak tümörü yok etmek için kullanılan etkili bir tıbbi tedavi yöntemidir. En az nüks etme ve hastanede kalış süresi kısa olan kanser tedavisi olması nedeniyle iyi bir tedavi seçeneği olarak kabul edilmektedir. Bu çalışmada, büyük kan damarlarından olan biyo-ısı transferinin tümörlü karaciğer dokusunun donma bölgesi boyutuna etkisi kriyo-dondurma yöntemi kullanılarak araştırılmıştır. Kanser tedavisi için damarlı ve damarsız tümörlü dokuya kriyo-dondurma yöntemi uygulanması esnasındaki biyo-ısı transferi deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Kan debisi, damar çapı, damar sayısı ve tümörlü dokunun konumu gibi parametrelerin dokunun sıcaklık dağılımına etkisi incelenmiştir. 10 gr/dak ile 1200 gr/dak arasında değişen onbir farklı kan debisi için çalışma yapılmıştır. Deneysel ve sayısal çalışma için damarsız, tek, çift ve dallı damarlı dokular ile  2,4 mm, 3,2 mm ve 4,0 mm iç çapa sahip damarlar kullanılmıştır. Biyolojik doku olarak dana karaciğeri ve soğutucu akışkan olarak azotprotoksit (N2O) gazı kullanılmıştır. Sonuçlar damar sayısının, damar çapının, tümörlü dokunun konumunun ve kan debisinin donma alanı çapını etkilediğini göstermiştir. Damar çapı, damar sayısı ve kan debisi arttıkça donma alanı çapı azalmıştır. Tümörlü dokunun yakınında bulunan büyük kan damarı, tümörü yok etmek için gerekli donma süresini etkilemektedir. İçerisinde damar bulunan tümörlü bir dokuda elde edilmek istenen donma alanı çapının, içerisinde damar bulunmayan tümörlü bir dokuya göre daha geç oluştuğu görülmüştür. Sonuçlar, soğutucu gaz olarak azotprotoksit gazı kullanıldığında, yaklaşık 23 mm'lik tümörlü bir dokunun kriyo-dondurma yöntemi kullanılarak kısa sürede yok edilebileceğini gösterilmiştir.

Abstract:
Cryo-therapy is an effective medical treatment that is used to destroy tumors by placing cryo-probes that cause frozen tissue in the biological tissue. It is considered as a good treatment option due to minimal recurrence and short hospitalization for cancer treatment. In this study, the effect of bio-heat transfer from large blood vessels on the freezing zone size of tumorous liver tissue is investigated using the cryo-freezing method. Bio-heat transfer in tumorous tissue with and without blood vessel for cancer treatment has been investigated experimentally and numerically using cryo-freezing method. Investigated parameters are the blood mass flow rate, the diameter of vessel, the number of vessel, and the location of tumorous tissue. Study is carried out for eleven different blood mass flow rates varying from 10 g/min to 1200 g/min. Tissues without blood vessel, with single, double and branched vessels are used for the experimental and numerical study. Vessels with inner diameter of 2.4 mm, 3.2 mm and 4.0 mm are used. Beef liver is used as a biological tissue. Nitrogen protoxide (N2O) gas is employed as refrigerant. Results show that the number of vessel, the diameter of vessel, the location of tumorous tissue, and the blood mass flow rate affect the freezing region size. Freezing region size decreases with increasing in diameter of vessel, number of vessel and blood mass flow rate. The large blood vessel located near the tumorous tissue affects the freezing time to destroy the tumor. The desired freezing region obtained in tumorous tissue with vessel develops later than the tumorous tissue without vessel. Results indicate that a tumorous tissue about 23 mm may be destroyed in a short time using cryo-freezing method when nitrogen protoxide gas is used as refrigerant gas.