توسعه يك مدل چندبخشي براي ارزيابي شرايط حرارتي بدن انسان با اصلاح سيستم گردش خون

Development of a multi-segment model for assessing the human body thermal conditions by modifying the blood circulatory system

مدلسازي تأثير سيستم گردش خون بدن متشكل از رگ‌ها و مويرگ‌هاي فراوان بر شرايط حرارتي بدن، پيچيدگي‌هاي زيادي داشته‌ كه باعث شده دربسياري از مدلهاي تنظيم حرار‌ت بدن با فرضيات بسيار ساده‌كننده و غيردقيق، درنظرگرفته‌شود. مدل چندبخشي مبتني‌بر حسگرهاي‌حرارتيMSTB، خون را به صورت يك نقطه با ظرفيت‌حرارتي مشخص فرض كرده كه با دماي يكسان و از طريق يك سيستم گردش خون ساده با اندام‌ها تبادل‌حرارت دارد. اين فرضيه باعث خطاي زياد در ارزيابي دماي برخي از اندام‌ها مي‌شود. لذا در اين مقاله با اصلاح سيستم گردش خون، تشريح نحوه و ترتيب گردش خون در اندام‌ها و درنظرگرفتن حسگرهاي‌پوستي مدل چندبخشيJOSTB با تقسيم بدن به 17بخش، 3لايه و عروق (سياهرگ-سرخرگ) معرفي‌شده‌است. همچنين معادلات انتقال جرم و حرارت و موضعي‌سازي‌شده پنس براي تعيين دماي بافت بخش‌هاي مختلف بدن همراه با شرايط مرزي مناسب بيان‌شده‌است. نتايج اعتبارسنجي مدل‌جديد با مدلMSTB و نتايج آزمايشگاهي نشان‌مي‌دهد كه مدل جديد دماي بخش‌هاي مختلف را با دقت قابل‌قبولي پيش‌بيني مي‌كند. به طوريكه متوسط خطا براي تخمين دماي پوست بخش‌هاي مختلف در شرايط دمايي محيطي گسترده ( ℃10-50) براي مدل‌هايMSTB و JOSTB به‌ترتيب برابر ℃3/2 و ℃1/1 است.

Modeling body’s circulatory system with many vessels and capillaries and its effects on the body thermal conditions is complex. many thermoregulatory models have tried to model the effect of the circulatory system with simplistic and inaccurate assumptions. The MSTB model considers the blood as a node with specific heat capacity and constant temperature depends on the overall body thermal conditions. This assumption can lead to significant errors in estimating the some organs temperature. Therefore, a JOSTB model has been introduced by the approach of modifying the blood circulatory system. In this model, the body is divided into 17 segments and 3 layers and blood flow in the organs with arteries in the core of each segment is considered. The heat and mass transfer and the localized Pennes equations in different segments have been used to determine tissue temperature. Comparing JOSTB results with MSTB and experimental results show that JOSTB accurately predicts the body temperature. The average errors for the local skin temperature in the wide range of operative temperatures (10-50℃) are equal to 2.3℃ and 1.1℃ for MSTB and JOSTB.