Análisis de Bioheat de Doble Fase con Retardo de la Propagación de Ondas Térmicas No-Fourier en Tejidos Oculares Multicapa

RESUMEN Este estudio presenta un marco analítico avanzado para predecir la propagación de ondas térmicas en una estructura ocular multicapa utilizando la formulación bioheat de doble fase con retardo (DPL). Los resultados confirman que los mecanismos de transporte térmico no-Fourier son esenciales para capturar con precisión el comportamiento transitorio del calor en tejidos biológicos, particularmente bajo exposición térmica externa. En comparación con los modelos clásicos de Fourier y Lord–Shulman, el modelo DPL predice gradientes de temperatura más suaves y cargas térmicas pico más bajas, proporcionando así distribuciones de temperatura más fisiológicamente realistas. El análisis del régimen de validez del modelo demuestra límites operacionales claros donde las formulaciones basadas en difusión clásica fallan y los efectos no-Fourier dominan la respuesta térmica. El análisis de sensibilidad revela que la temperatura ambiental y la evaporación controlan principalmente el comportamiento térmico anterior ocular, mientras que la porosidad del tejido y la perfusión sanguínea influyen significativamente en capas más profundas como la retina y la esclerótica. Las comparaciones térmicas transitorias confirman que los modelos clásicos sobrestiman el calentamiento en tiempos tempranos debido a la ausencia de efectos de relajación. El mapeo de superficie de respuesta multiparamétrica y la mapeo de seguridad térmica destacan un fuerte acoplamiento no lineal entre los mecanismos de transporte ambientales y fisiológicos, permitiendo la identificación cuantitativa de límites de exposición seguros. Además, el modelado sustituto demuestra una alta precisión de predicción en relación con las soluciones completas de DPL, al tiempo que reduce significativamente los costos computacionales, permitiendo la predicción térmica en tiempo real y la optimización paramétrica. En general, el marco analítico-computacional híbrido propuesto establece una plataforma sólida para la evaluación de la seguridad térmica ocular, la planificación de tratamientos biomédicos y la evaluación del riesgo de exposición ambiental. Los hallazgos también proporcionan una base generalizada para estudiar el transporte de calor no-Fourier en medios biológicos porosos en capas y apoyan el desarrollo de herramientas de modelado térmico predictivo de próxima generación.