Simulation-guided development of advanced PID control algorithm for skin cooling in radiofrequency lipolysis

脂解 PID控制器 多物理 过热(电) 生物医学工程 温度控制 计算机科学 材料科学 医学 脂肪组织 内科学 机械工程 工程类 有限元法 结构工程 电气工程
作者
Binyu Wang,Lianru Zang,Yingxi Lu,Mengying Zhan,Tongming Sun,Yu Zhou,Chengli Song
出处
期刊:Bio-medical Materials and Engineering [IOS Press]
卷期号:: 1-19
标识
DOI:10.3233/bme-230185
摘要

The clinical outcomes of bipolar radiofrequency (RF) lipolysis, a prevalent non-invasive fat reduction procedure, hinge on the delicate balance between effective lipolysis and patient safety, with skin overheating and subsequent tissue damage as primary concerns.This study aimed to investigate a novel bipolar radiofrequency lipolysis technique, safeguarding the skin through an innovative PID temperature control algorithm.Utilizing COMSOL Multiphysics simulation software, a two-dimensional fat and skin tissue model was established, simulating various PID temperature control schemes. The crux of the simulation involved a comparative analysis of different PID temperatures at 45 °C, 50 °C, and 55 °C and constant power strategies, assessing their implications on skin temperature. Concurrently, a custom bipolar radiofrequency lipolysis device was developed, with ex vivo experiments conducted using porcine tissue for empirical validation.The findings indicated that with PID settings of Kp = 7, Ki = 2, and Kd = 0, and skin temperature control at 45 °C or 50 °C, the innovative PID-based epidermal temperature control strategy successfully maintained the epidermal temperature within a safe range. This maintenance was achieved without compromising the effectiveness of RF lipolysis, significantly reducing the risk of thermal damage to the skin layers.Our research confirms the substantial practical utility of this advanced PID-based bipolar RF lipolysis technique in clinical aesthetic procedures, enhancing patient safety during adipose tissue ablation therapies.
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