Теплофизические и механические свойства биологических тканей в зависимости от температуры: систематический обзор литературы

Введение: Подробные данные о зависимости теплофизических и механических свойств тканей от температуры имеют решающее значение для оптимального применения математических моделей и инструментов моделирования при планировании термоабляционной терапии. Для повышения точности прогнозирования результатов лечения эти модели требуют глубокого понимания температурной чувствительности указанных свойств, а также других значимых факторов, таких как перфузия крови и теплопродукция в результате метаболизма.

Методы: Выполнен систематический обзор литературы по экспериментальным исследованиям, в которых оценивали теплофизические и механические свойства биологических сред, а также перфузию крови и метаболическую теплопродукцию в зависимости от температуры в гипертермическом и абляционном диапазонах. Поиск проводили по июнь 2021 года включительно.

Результаты: В обзор вошла 61 статья, что позволило получить исчерпывающую картину температурной зависимости теплофизических свойств — теплопроводности, удельной теплоёмкости, объёмной теплоёмкости, плотности и температуропроводности — и механических свойств, включая модули сдвига, упругости, накопления, потерь и комплексный модуль, коэффициент потерь и жёсткость, а также основных методов их измерения. В рассмотренных исследованиях изучали различные ткани, в том числе печень, жировую ткань, хрящ, головной мозг, миокард, мышцы, кость, кожу, поджелудочную железу, а также некоторые опухолевые ткани.

Выводы: Теплофизические свойства мягких тканей в целом остаются практически постоянными до 90 °C; небольшие различия могут быть связаны с особенностями тканей и методами измерения. Напротив, данные о механических свойствах неоднородны, поскольку в большинстве публикаций изучали разные типы свойств в разных биологических тканях. Кроме того, большинство экспериментов проводили ex vivo, и лишь небольшая их доля была посвящена исследованиям in vivo. Обнаружено ограниченное количество современных данных о температурной зависимости метаболической теплопродукции и перфузии крови.