Моделювання процесу індукційного нагріву для систем магнітної гіпертермії

Abstract

Розглянуто проблеми застосування індукційного нагрівання (ІН) для реалізації магнітної гіпертермії. Аналіз результатів попередніх досліджень показав, що в межах біологічно безпечного діапазону магнітних полів змінного струму недостатня індукційна потужність нагрівання залишається однією із ключових перешкод для успішного клінічного застосування магнітної гіпертермії. В роботі запропоновано кілька варіантів ефективних схемотехнічних рішень для системи ІН, досліджено їх вплив на параметри процесів нагрівання феритів та феромагнетиків. Створена у середовищі COMSOL Multiphysics модель індукційного нагрівача дала змогу промоделювати розподіл густини струму та температури у ньому. Отримана модель дає змогу коректніше оцінити процеси, які відбуватимуться у живих тканинах, та здійснити симуляцію впливу типу матеріалу магнітних частинок та їх розмірів на значення температури нагрівання та електроспоживання приладу.The paper is devoted to the challenges of applying the induction heating (IH) for magnetic hyperthermia. The analysis of the results of previous studies has shown that within the biologically safe range of AC magnetic fields, insufficient induction heating power still appears to be one of the key problems for the successfulclinical application of magnetic hyperthermia. In this paper, several possible effective circuit design solutions for the IH system are proposed, and their influence on the parameters of the heating processes of ferrites and ferromagnets is investigated. The model of the induction heater created in COMSOL Multiphysics allowes to simulate the distribution of current density and temperature in the heater. The developed model ensures better assessment of the processes occurring in living tissues and enables to simulate the impact of the magnetic particle material type and size on the temperature of heating and power consumption of the device.