Notice: Undefined index: linkPowrot in C:\wwwroot\wwwroot\publikacje\publikacje.php on line 1275
Publikacje
Pomoc (F2)
[88290] Artykuł:

Identifying heat source intensity in treatment of cancerous tumor using therapy based on local hyperthermia – The Trefftz method approachs

(Identyfikacja intensywności źródła ciepła w leczeniu guza nowotworowego przy użyciu terapii bazującej na lokalnej hypertermii – podejście metodą Trefftza)
Czasopismo: Journal of Thermal Biology   Tom: 84, Strony: 16-25
ISSN:  0306-4565
Opublikowano: Czerwiec 2019
Liczba arkuszy wydawniczych:  0.50
 
  Autorzy / Redaktorzy / Twórcy
Imię i nazwisko Wydział Katedra Do oświadczenia
nr 3
Grupa
przynależności
Dyscyplina
naukowa
Procent
udziału
Liczba
punktów
do oceny pracownika
Liczba
punktów wg
kryteriów ewaluacji
Krzysztof Grysa orcid logo WZiMKKatedra Informatyki i Matematyki Stosowanej**Takzaliczony do "N"Inżynieria mechaniczna5035.0035.00  
Artur Maciąg orcid logo WZiMKKatedra Informatyki i Matematyki Stosowanej**Takzaliczony do "N"Inżynieria mechaniczna5035.0035.00  

Grupa MNiSW:  Publikacja w czasopismach wymienionych w wykazie ministra MNiSzW (część A)
Punkty MNiSW: 70


Pełny tekstPełny tekst     DOI LogoDOI    
Słowa kluczowe:

Model niefourierowski  perfuzja. biociepło  identyfikacja źródła  Funkcja Trefftza  zagadnienie odwrotne 


Keywords:

Non-fourier model  Perfusion  Bioheat  Tumor  Source identification  Trefftz function  Inverse problem 



Streszczenie:

Przedstawione badanie uwzględnia równanie hiperbolicznego przewodzenia ciepła z perfuzją w celu zidentyfikowania takiego natężenia przestrzennego źródła ciepła, które doprowadzi do hipertermii guza nowotworowego umieszczonego w zdrowej tkance. Zakłada się, że guz ma postać kuli o małym promieniu. Aby określona intensywność źródła ciepła nie uszkodziła zdrowej tkanki, przewiduje się różne rozkłady temperatury w funkcji czasu na granicy guza. Użyte narzędzia matematyczne oparte są na metodzie Trefftza. Wyniki przedstawiono w postaci liczb i wykresów ilustrujących intensywność zidentyfikowanego źródła ciepła i dopasowując otrzymane rozkłady temperatury w guzie do przewidywanych.




Abstract:

The presented study considers the equation of hyperbolic conduction of heat with perfusion in order to identify such intensity of spatial heat source that will lead to hyperthermia of a cancerous tumor placed in healthy tissue. The tumor is assumed to be in the form of a sphere with a small radius. In order that the determined intensity of the heat source does not damage healthy tissue, different temperature distributions as a function of time are anticipated at the tumor’s border. The mathematical tools used are based on the Trefftz method. The results are
presented in the form of numbers and graphs illustrating the intensity of the identified heat source and matching the obtained temperature distributions in the tumor to the predicted ones.



B   I   B   L   I   O   G   R   A   F   I   A
Andra, W., d'Ambly, C.G., Hergt, R., Hilger, I., Kaiser, W.A., 1999. Temperature distribution
as function of time around a small spherical heat source of local magnetic
hyperthermia. J. Magn. Magn. Mater. 194, 197–203.
Bagaria, H.G., Johnson, D.T., 2005. Transient solution to the bioheat equation and optimization
for magnetic fluid hyperthermia treatment. Int. J. Hyperth. 21, 57–75.
Cattaneo, C., 1958. Sur une forme de l’equation de la chaleur elinant le paradoxes d’une
propagation instantance. C. R. Acad. Sci. 247, 431–432.
Ciałkowski, M.J., Grysa, K., 2010. Trefftz method in solving the inverse problems. J.
Inverse Ill-Posed Probl. 18 (6), 595–616.
Field, S.B., 1987. Hyperthermia in the treatment of cancer. Phys. Med. Biol. 32 (7),
789–811.
Fu, Z.J., Xi, Q., Ling, L., Cao, C.Y., 2017. Numerical investigation on the effect of tumor on
the thermal behavior inside the skin tissue. Int. J. Heat Mass Transf. 108, 1154–1163.
Grysa, K., Maciąg, A., Adamczyk-Krasa, J., 2014. Trefftz functions applied to direct and
inverse non-fourier heat conduction problems. J. of Heat Transfer - Trans. of the
ASME 136 (9) 091302-1 - 091302-9.
Grysa, K., 2010. Trefftz Functions and Their Applications in Solving the Inverse Problems.
Kielce University of Technology Publishers, Kielce, Poland (in Polish).
Habash, R.W.Y., Bansal, R., Krewski, D., Alhafid, H.T., 2006. Thermal therapy, Part
2:hyperthermia techniques. Crit. Rev. Biomed. Eng. 34 (6), 491–542.
Hafid, M., Lacroix, M., 2017. An inverse heat transfer algorithm for predicting the
thermal properties of tumors during cryosurgery. International Journal of Biomedical
and Biological Engineering 11 (6), 352–360.
Hall, E.J., Roizin-Towle, L., 1984. Biological effects of heat. Cancer Res. 44, 4708s–4713s.
Kaminski, W., 1990. Hyperbolic heat conduction equation for materials with a nonhomogenous
inner structure. ASME J. Heat Transfer 112, 555–560.
Khanday, M.A., Aijaz, M., Rafiq, A., 2013. Mathematical analysis on the treatment of
cancerous tumors using therapy based on local hyperthermia. Journal of Energy,
Heat and Mass Transfer 35, 295–305.
Kołodziej, J., Zieliński, A.P., 2009. Boundary Collocation Techniques and Their
Application in Engineering. WIT Press, Southampton, UK.
Li, Z.C., Lu, T.T., Hu, H.Y., Cheng, A.H.D., 2008. The Trefftz and Collocation Methods
WIT Press, Southampton, UK.
Liu, C.S., Kuo, C.L., Jhao, W.S., 2016. The multiple-scale polynomial Trefftz method for
solving inverse heat conduction problems. Int. J. Heat Mass Transf. 95, 936–943.
Liu, K.C., 2007a. Analysis of thermal behavior in multi-layer metal thin-films based on
hyperbolic two-step model. Int. J. Heat Mass Transf. 50, 1397–1407.
Liu, K.C., 2007b. Numerical analysis of dual-phase-lag heat transfer in a layered cylinder
with nonlinear interface boundary conditions. Comput. Phys. Commun. 177,
307–314.
Liu, K.C., 2008. Thermal propagation analysis for living tissue with surface heating. Int. J.
Therm. Sci. 47, 507–513.
Liu, K.C., Lin, C.N., 2010. Temperature prediction for tumor hyperthermia with the behavior
of thermal wave, numerical heat transfer, Part A: applications. Int. J. Comput.
Methods 58 (10), 819–833.
Luna, J.M., Guerrero, A.H., Méndez, R.R., Ortiz, J.L.L., 2014. Solution of the inverse bioheat
transfer problem for a simplified dermatological application: case of skin cancer.
Ingeniería Mecánica Tecnología y Desarrollo 4 (6), 219–228.
Maenosono, S., Saita, S., 2006. Theoretical assessment of FePt nanoparticles as heating
elements for magnetic hyperthermia. IEEE Trans. Magn. 42, 1638–1642.
Moroz, P., Jones, S.K., Gray, B.N., 2002. Magnetically mediated hyperthermia: current
status and future directions. Int. J. Hyperth. 18, 267–284.
Rojczyk, M., Orlande, H.R.B., Colac, M.J., Szczygieł, I., Nowak, A.J., Białecki, R.A.,
Ostrowski, Z., 2015. Inverse heat transfer problems: an application to bioheat
transfer. Comput. Assist. Mech. Eng. Sci. 22, 365–383.
Siegel, R., Naishadham, D., Jemal, A., 2013. Cancer statistics. A Cancer J Clin 63, 11–30.
Soltani, M., Chen, P., 2012. Effect of tumor shape and size on drug delivery to solid
tumors. J. Biol. Eng. 6, 4.
Vernotte, P., 1958. La veritable equation de la chaleur. C. R. Acad. Sci. 247, 2103–2105.
Weymann, H.D., 1967. Finite speed of propagation in heat conduction, diffusion and
viscous shear motion. Am. J. Phys. 35 (6), 488–496.