Simulación basada en diseño y optimización de aprendizaje automático de un nuevo sistema de refrigeración líquida para bobinas de radiofrecuencia en hipertermia magnética
Autores: Yöner, Serhat Ilgaz; Özcan, Alpay
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Simulación basada en diseño y optimización de aprendizaje automático de un nuevo sistema de refrigeración líquida para bobinas de radiofrecuencia en hipertermia magnética
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Bioingeniería
Palabras clave
Hipertermia magnética
Nanopartículas
Tratamiento del cáncer
Sistemas de refrigeración líquida
Estudios de simulación
Bobinas de radiofrecuencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 25
Citaciones: Sin citaciones
La hipertermia magnética es una técnica prometedora de tratamiento del cáncer que se basa en los mecanismos de relajación de Néel y Browniano para calentar nanopartículas superparamagnéticas inyectadas en sitios tumorales. Bajo campos magnéticos de baja frecuencia, las nanopartículas generan calor localizado, induciendo daño térmico controlado en las células cancerosas. Sin embargo, las bobinas de radiofrecuencia utilizadas para generar campos magnéticos alternos pueden sufrir un calentamiento excesivo, lo que conduce a pérdidas de eficiencia y efectos térmicos no deseados en los tejidos sanos circundantes. Este estudio propone sistemas novedosos de enfriamiento líquido, aprovechando el fenómeno del efecto piel, para mejorar la gestión térmica y reducir el tamaño de las bobinas. Estudios de simulación basados en el método de elementos finitos evaluaron la distribución de corriente eléctrica y temperatura de las bobinas bajo diferentes frecuencias aplicadas, tasas de flujo de agua y dimensiones de microcanales de enfriamiento. Se generó un conjunto de datos de 300 casos de simulación para entrenar un modelo de aprendizaje automático basado en Regresión de Procesos Gaussianos. También se desarrolló un índice de rendimiento y se modeló utilizando Regresión de Procesos Gaussianos, lo que permite una predicción rápida del rendimiento sin necesidad de realizar estudios numéricos extensos. Se aplicó un análisis de sensibilidad y el algoritmo ReliefF para un análisis exhaustivo. Los resultados de la simulación indican que el sistema novedoso de enfriamiento líquido propuesto demuestra un rendimiento superior en comparación con los sistemas convencionales que utilizan enfriamiento líquido directo, ofreciendo un método computacionalmente eficiente para la optimización del diseño previo a la fabricación de sistemas de enfriamiento de bobinas de radiofrecuencia en aplicaciones de hipertermia magnética.
Descripción
La hipertermia magnética es una técnica prometedora de tratamiento del cáncer que se basa en los mecanismos de relajación de Néel y Browniano para calentar nanopartículas superparamagnéticas inyectadas en sitios tumorales. Bajo campos magnéticos de baja frecuencia, las nanopartículas generan calor localizado, induciendo daño térmico controlado en las células cancerosas. Sin embargo, las bobinas de radiofrecuencia utilizadas para generar campos magnéticos alternos pueden sufrir un calentamiento excesivo, lo que conduce a pérdidas de eficiencia y efectos térmicos no deseados en los tejidos sanos circundantes. Este estudio propone sistemas novedosos de enfriamiento líquido, aprovechando el fenómeno del efecto piel, para mejorar la gestión térmica y reducir el tamaño de las bobinas. Estudios de simulación basados en el método de elementos finitos evaluaron la distribución de corriente eléctrica y temperatura de las bobinas bajo diferentes frecuencias aplicadas, tasas de flujo de agua y dimensiones de microcanales de enfriamiento. Se generó un conjunto de datos de 300 casos de simulación para entrenar un modelo de aprendizaje automático basado en Regresión de Procesos Gaussianos. También se desarrolló un índice de rendimiento y se modeló utilizando Regresión de Procesos Gaussianos, lo que permite una predicción rápida del rendimiento sin necesidad de realizar estudios numéricos extensos. Se aplicó un análisis de sensibilidad y el algoritmo ReliefF para un análisis exhaustivo. Los resultados de la simulación indican que el sistema novedoso de enfriamiento líquido propuesto demuestra un rendimiento superior en comparación con los sistemas convencionales que utilizan enfriamiento líquido directo, ofreciendo un método computacionalmente eficiente para la optimización del diseño previo a la fabricación de sistemas de enfriamiento de bobinas de radiofrecuencia en aplicaciones de hipertermia magnética.