Notice: Undefined index: linkPowrot in C:\wwwroot\wwwroot\publikacje\publikacje.php on line 1275
Strona główna > Publikacje
Publikacje
Pomoc (F2)
Dane niepełne - brak identyfikatora "Web of Science" !

[89110] Artykuł:

Mathematical model of identification of the skin surface temperature caused by the temperature of tissue inflammation

(Matematyczny model identyfikacji temperatury powierzchni skóry spowodowanej temperaturą zapalenia tkanek)
Czasopismo: IEEE, 2019 International Conference on Information and Digital Technologies (IDT), Zilina, Slovakia, 2019, pp. 165-172, INSPEC Accesion Number: 18956939  
Opublikowano: Czerwiec 2019
 
  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 mechaniczna50.00.00  
Artur Maciąg orcid logo WZiMKKatedra Informatyki i Matematyki Stosowanej**Takzaliczony do "N"Inżynieria mechaniczna50.00.00  

Grupa MNiSW:  Materiały z konferencji międzynarodowej (zarejestrowane w Web of Science)
Punkty MNiSW: 0

Pełny tekstPełny tekst     DOI LogoDOI    
Słowa kluczowe:

stan ustalony  perefuzja  funkcje Trefftza  biociepło  identyfikacja temperatury 

Keywords:

steady-state  perfusion  Trefftz function  bioheat  temperature identification 


Streszczenie:

Głównym celem jest określenie temperatury powierzchni skóry w stanie ustalonym. Ponieważ rozważane są dwa typy równań (Laplace'a i Helmholtza), konieczne jest wyprowadzenie funkcji Trefftza (funkcje T) dla równania Helmholtza w układzie współrzędnych cylindrycznych (podczas gdy dla równania Laplace'a są one znane). Przybliżone rozwiązania dwóch problemów są wyrażone w postaci liniowej kombinacji funkcji T o nieznanych współczynnikach. Dla każdego problemu minimalizowanie funkcjonalności opisującej dopasowanie przybliżonego rozwiązania do warunków brzegowych prowadzi do układu równań algebraicznych dla tych współczynników.
Wyprowadzono funkcje T dla równania Helmholtza. Nieskończony zestaw tych funkcji to kompletny zestaw funkcji. Przybliżone rozwiązania dotyczące temperatury powierzchni skóry spowodowane zapaleniem są określane zarówno wtedy, gdy perfuzja jest i nie jest brana pod uwagę. Metoda przedstawiona w artykule jest prostsza niż w literaturze. Zastosowana metoda zawsze prowadzi do wyników pasujących do fizyki problemu opisanego przez zastosowane równanie rządzące. Funkcje T dla równania Helmholtza we współrzędnych cylindrycznych zostały opisane w tym artykule po raz pierwszy. Wyniki omówiono w odniesieniu do praktycznych zastosowań.



Abstract:

The main goal is to identify the skin surface temperature in the steady state. Since two types of equations (Laplace and Helmholtz) are considered, it is necessary to derive the Trefftz functions (T-functions) for the Helmholtz equation in the cylindrical system of coordinates (whereas for the Laplace equation they are known). Approximate solutions of two problems are expressed in the form of linear combination of the T-functions with unknown coefficients. For each problem, minimizing the functional that describes the matching of an approximate solution to the boundary conditions leads to a system of algebraic equations for these coefficients. T-functions for the Helmholtz equation are derived. An infinite set of these functions is a complete set of functions. Approximate solutions for temperature of skin surface caused by inflammation are determined both when perfusion is and is not taken into account.
The method presented in the paper is simpler than the ones used in the literature. The applied method always leads to results that fit the physics of the problem described by the used governing equation. The T-functions for the Helmholtz equation in cylindrical coordinates have been reported in this paper for the first time. The results are discussed with respect to practical applications.


B   I   B   L   I   O   G   R   A   F   I   A
[1] E.F.J. Ring, K. Ammer, “The technique of Infrared Imaging in medicine”, Thermology Int, vol. 10(1), pp. 7-14, 2000.
[2] N.A. Diakides, J.D. Bronzino, eds., “Medical infrared imaging”, London – New York, Taylor & Francis. 2008.
[3] M. Shterenshis, “Challenges to global implementation of infrared thermography technology: current perspective”, Central Asian J. Global Health, vol. 6(1), 2017, (doi: 10.5195/cajgh.2017.289).
[4] A. Chanmugam, A. Bhargava, C. Herman, “Heat transfer model and quantitative analysis of deep tissue injury”’ Int Mech Eng Congress Expo, pp. 717–723, November 2012.
[5] S.D. Mahanty, R.B. Roemer, “Thermal response of skin to application of localized pressure”, Arch Phys Med and Rehabil,vol. 60(12), pp. 584–590, 1979.
[6] V. Schubert, B. Fagrell, “Evaluation of the dynamic cutaneous post-ischaemic hyperaemia and thermal response in elderly subjects and in an area at risk for pressure sores”, Clinical Physiology (Oxford, England), vol. 11(2), pp. 169–182, 1991.
[7] S. Sprigle, M. Linden, D. McKenna, “Clinical skin temperature measurement to predict incipient pressure ulcers”, Adv in Skin & Wound Care, vol. 14(3), pp. 133–137, 2001.
[8] I.K. Angelidis, D. Lidman, F. Sjöberg, “Decubitus ulcer development: pressure alone increases tissue temperature”, Eur J Plast Surg, vol. 32(5), pp. 241–244, 2009.
[9] R.A. Sherman, G.M. Bruna, “Concurrent variation of burning phantom limb and stump pain with near surface blood flow in the stump” Orthopedics, vol. 10(10), pp. 1395-1402, 1987.
[10] M.G. Siegel, K.A. Siqueland, F.R. Noyes, “The use of computerized thermography in the evaluation of non-traumatic anterior knee pain”, Orthopedics, vol. 10(5), pp. 825-830, 1987.
[11] K.B. Hosie, J. Wardrope, A.C. Crosby, D.G. Ferguson, “Liquid crystal thermography in the diagnosis of scaphoid fractures”, Arch Emerg Med, vol. 4(2), pp. 117-120, 1987.
[12] C.T. Silva, N. Naveed, S. Bokhari, K.E. Baker, L.H. Staib, S.M. Ibrahim, T.R. Goodman, “Early assessment of the efficacy of digital infrared thermal imaging in pediatric extremity trauma” Emergency Radiology, vol. 19(3), pp. 203-209, 2012.
[13] A. Jung, J. Zuber, “Thermographic methods in medical diagnostics”, BAMAR Marketing-Publisher Warsaw, (in Polish),1997.
[14] R.Lasanen, “Infrared thermography in the evaluation of skin temperature”, Acad Diss, Publ of the Univ of Eastern Finland, 2015.
[15] P. Plassmann, E. Ring, C.D. Jones, “Quality assurance of thermal imaging systems in medicine” Thermology Int, vol. 17(3), pp. 10-15, 2006.
[16] M. Chudecka, “Use of thermal imaging in the evaluation of body surface temperature in various physiological states in patients with different body compositions and varying levels of physical activity”, Central European J Sport Sci and Med, vol. 2(2), pp. 15–20, 2013.
[17] J. Sullivan, I. van Yotov, “Mathematical and numerical modeling of inflammation”, Undergrad Math Day, Electronic Proc, Paper 12, 2006, http://ecommons.udayton.edu/mth_epumd/12 [access 2019.02.19].
[18] A. Roy, S. Daun, G. Clermont, J. Rubin, Y. Vodovotz, C. Lagoa, R.S. Parker, “A mathematical model of acute inflammatory response to endotoxin challenge”, in: Proc of the AIChE annual meeting., Salt Lake City, UT, 23 pages, January 2007.
[19] T.-C. Shih, P. Yuan, W.-L. Lin, H.-S. Kou, “Analytical analysis of the Pennes bioheat transfer equation with sinusoidal heat flux condition on skin surface”, Medical Engng & Phys, vol. 29, pp.946–953, 2007.
[20] J. Okajima, S. Maruyama, H. Takeda, A. Komiya, “Dimensionless solutions and general characteristics of bioheat transfer during thermal therapy”, J Thermal Biology, vol. 34, pp. 377–384, 2009.
[21] D. Ratovoson, V. Huon, V. Costalat, F. Jourdan, “Combined model of human skin - heat transfer in the vein and tissue: experimental and numerical study”, Quant InfraRed Thermography J, Taylor and Francis, vol. 8(2), pp. 165-186, 2011.
[22] P.K. Gupta, J. Singh, K.N. Rai, “A numerical study on heat transfer in tissues during hyperthermia”, Math and Comp Modelling, vol. 57, pp. 1018–1037, 2013.
[23] E. Majchrzak, M. Paruch, „Numerical modelling of tissue heating by means of the electromagnetic field”, Sci Res of the Inst of Maths and Compr Sci, vol. 9(1), pp. 89-97, 2010.
[24] D.B. Rodrigues, P.J.S. Pereira, P. Limão-Vieira, P.R. Stauffer, P.F. Maccarini, “Study of the one dimensional and transient bioheat transfer equation: multi-layer solution development and applications”, Int J Heat and Mass Transfer, vol. 62, pp. 153–162,. 2013.
[25] A. Bhargava, A. Chanmugam, C. Herman, “Heat transfer model for deep tissue injury: a step towards an early thermographic diagnostic capability”, Diagnostic Pathology, vol. 9(36). http://www.diagnosticpathology.org/content/9/1/36, 2014.
[26] O. Nowakowska, Z. Buliński, „Mathematical modelling of heat transport in a section of human forearm”, Comp Assisted Meth Engng and Sci CAMES, vol. 22, pp. 347–363, 2015.
[27] E. Majchrzak, B. Mochnacki, D. Tarasek, M. Dziewoński, “The BEM-FDM model of thermal processes proceeding in the domain of the human finger”, Acta of Bioengng and Biomech vol. 17(4), 2015, (doi: 10.5277/ABB-00278-2015-04)
[28] N. Gupta, M. Shakya, “One dimensional transient state finite element model to study thermal variations due to transient vasoconstriction followed by persistent vasodilation during inflammation in surgical wound of peripheral tissues of human limb”, Indian J of Sci and Tech, vol. 10(12), pp. 1-15. 2017, (doi: 10.17485/ijst/2017/v10i12/111137).
[29] K.-C. Liu, H.-T. Chen, “Investigation for the dual phase lag behavior of bio-heat transfer”, Int J of Thermal Sciences, vol. 49, pp. 1138-1146, 2010.
[30] K.-C. Liu, H.-T. Chen, P.-J. Cheng, “Inverse investigation of non-Fourier heat conduction in tissue”, J of Thermal Biology, vol. 62, pp. 123–128, 2016.
[31] E. Majchrzak, Ł. Turchan, “A numerical analysis of heating tissue using the two-temperature model” Adv CompMeth and Exper in Heat Transfer XIII, WIT Transactions on Engineering Sciences, vol 83, 2014, (doi:10.2495/HT140411).
[32] H. Askarizadeh, H. Ahmadikia, “Analytical study on the transient heating of a two-dimensional skin tissue using parabolic and hyperbolic bioheat transfer equations” Appl Math Modelling, vol. 39, pp. 3704–3720, 2015.

POWRÓT
Strona główna > Publikacje