Search the digital library catalog

Abstract: V diplomskem delu je obravnavana numerična simulacija dinamične termografije. Termografija je brezkontaktna in neinvazivna tehnika za merjenje temperature. Obravnavali smo prenos toplote med tumorjem in okoliškim tkivom, ki temelji na Pennesovem numeričnem modelu, kateremu sta dodana toplotni izvor in ponor zaradi perfuzijskega pretoka in metabolizma. Za modeliranje temperaturne odvisnosti metabolizma in perfuzijskega pretoka smo uporabili van’t Hoffov efekt. Cilj diplomske naloge je dokazati prednosti dinamične termografije pred statično in določiti temperaturno odvisnost perfuzijskega pretoka in metabolizma celic. V prvem delu diplomske naloge je prikazana razlika med konstantnimi vrednostmi in termoregulacijskim modelom. Ugotovili smo, da pri termoregulacijskem modelu z vrednostjo koeficienta 1,1, dosegamo nižje temperaturne razlike na površini kože kot pri konstantnih vrednostih metabolizma in perfuzijskega pretoka. V nadaljevanju smo primerjali vpliv različnih vrednosti koeficientov perfuzijskega pretoka in metabolizma. Ugotovili smo tudi, da pri dinamični termografiji dosegamo višje temperaturne razlike na površini kože kot pri statični. Na koncu smo obravnavali vpliv časa in temperature hlajenja, ugotovili smo, da se temperaturna razlika med tumorjem in okoliškim tkivom povečuje z nižanjem temperature ohlajanja in večanjem časa podhladitve.
Keywords: termografija, perfuzijski pretok krvi, termoregulacija, numerična simulacija, termoregulacijski model, tumor
Published in DKUM: 02.10.2025; Views: 0; Downloads: 7
Full text (2,79 MB)

Abstract: Delo obravnava inverzni problem prenosa toplote v tkivu, tj. numerično določitev krajevno odvisnega perfuzijskega pretoka v nehomogenem tkivu na osnovi neinvazivnih meritev temperature in toplotnega toka. Pri tem obravnavani problem temelji na Pennesovem matematičnem modelu. Tako pridemo do realnejšega opisa problema oziroma stanja tkiva ter možnosti določitve perfuzijskega pretoka v posameznem tkivu, ki pa je še kako pomemben tako za diagnostiko kot tudi nekatere klinične aplikacije. Problem je bil zaradi svoje zahtevnosti obravnavan numerično, pri čemer je bil postavljen nov numerični algoritem na osnovi MRE (Metode Robnih Elementov) in optimizacije. Pri tem je bila MRE uporabljena za reševanje direktnega problema prenosa toplote v nehomogenem tkivu ob predpostavljeni neznani spremenljivki ter s tem določitve namenske funkcije, ki jo želimo minimizirati s primerno optimizacijsko metodo. Izbrani sta bili dve optimizacijski metodi; BFGS (Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno) in LM (Levenberg-Marquardt), ki smo ju zaradi nestabilnosti obravnavanega inverznega problema nadgradili z uporabo Tihonove regularizacije prvega reda, pri tem pa uporabili metodo L-krivulje za določitev optimalnega regularizacijskega parametra. Numerični algoritem je bil pri tem testiran za različne testne funkcije perfuzijskega koeficienta tako homogenega kot nehomogenega tkiva, pri čemer robni in začetni pogoji zadostijo enoličnosti inverznega problema. S tem je bil analiziran numerični algoritem kot tudi reševanje inverznega problema za primer eksaktnih meritev in meritev s šumom. Tako smo prišli do celovite analize primernosti optimizacijske metode, uporabljene regularizacije za reševanje tovrstnih primerov, kot tudi vpliva nehomogenosti, začetne vrednosti, šuma v meritvah in porazdelitev neznane funkcije, ki jo želimo rekonstruirati. Rezultati pri tem kažejo, da je numerični algoritem z uporabo LM metode ter uporabljene regularizacije primernejši od BFGS metode za podani inverzni problem, saj je rešitev globalno stabilna, natančneje določi neznano funkcijo in tudi hitreje konvergira. Regularizacija prvega reda je primerna le za gladke monotone funkcije z nizko vrednostjo prvega odvoda, drugače je rekonstrukcija funkcije možna le v območju blizu meritev, pri čemer ima nehomogenost snovnih lastnosti velik vpliv, še zlasti ob prisotnosti tkiva z nižjo toplotno prevodnostjo. Rekonstrukcija je možna tudi ob prisotnosti nižje stopnje šuma, medtem ko je resolucija pri višji stopnji na račun regularizacije izgubljena, kar oteži reševanje problema. Delo je usmerjeno le v numerični del problema in tako predstavlja osnovo za nadaljnji razvoj neinvazivnih metod določitve perfuzijskega pretoka krvi v realnem nehomogenem tkivu.
Keywords: inverzni problemi, prenos toplote v tkivu, metoda robnih elementov, optimizacija, nehomogenost tkiva, perfuzijski pretok krvi
Published in DKUM: 07.08.2012; Views: 3187; Downloads: 336
Full text (883,38 KB)