| | SLO | ENG | Piškotki in zasebnost

Večja pisava | Manjša pisava

Izpis gradiva Pomoč

Naslov:Numerical solving of inverse non-Fourier bioheat problem for use in dynamic thermography : doctoral dissertation
Avtorji:ID Horvat, Ivan Dominik (Avtor)
ID Iljaž, Jurij (Mentor) Več o mentorju... Novo okno
Datoteke:.pdf DOK_Horvat_Ivan_Dominik_2026.pdf (3,30 MB)
MD5: EFD90FD0EFA113F4DDAEE6D466F6EC39
 
Jezik:Angleški jezik
Vrsta gradiva:Doktorsko delo/naloga
Tipologija:2.08 - Doktorska disertacija
Organizacija:FS - Fakulteta za strojništvo
Opis:Infrared thermography is a non-invasive technique applied across industrial, environmental, and medical fields for detecting and interpreting surface temperature distributions. In medical diagnostics, dynamic infrared thermography can reveal underlying physiological processes such as altered metabolism and angiogenesis through subtle thermal anomalies, particularly in the use for early skin cancer diagnosis. However, conventional diagnostic methods remain subjective and prone to false alarms, while standard Fourier-based bioheat models fail to capture rapid transient thermal behavior in heterogeneous tissues. This doctoral research addresses these limitations by developing a numerical solver for solving direct and inverse problems, based on the dual-phase-lag non-Fourier bioheat model and a subdomain boundary element method, enabling accurate simulation of multilayer skin structures under dynamic thermal conditions. The direct problem analysis demonstrated that incorporating non-Fourier effects enhances the thermal contrast between healthy and tumor-affected tissues. A hybrid Levenberg-Marquardt optimization algorithm was implemented for solving the inverse problem, allowing the estimation of diagnostically critical parameters such as tumor diameter, thickness, blood perfusion rate, and thermal relaxation time from noisy surface temperature measurements. Results showed that tumor diameter and thermal relaxation time were the most stable and reliably estimated parameters, while blood perfusion rate and tumor thickness were highly sensitive to noise, especially for deeper lesions and increased model uncertainties. Furthermore, the study revealed that absolute temperature measurements provided more accurate inverse results than relative thermal contrast, and that non-Fourier effects notably delayed tumor thermal response, an insight crucial for optimizing dynamic thermography protocols. These contributions advance the understanding of bioheat transfer in living tissues, improve the accuracy and robustness of non-invasive diagnostic techniques, and lay the foundations for future clinical applications of dynamic infrared thermography.
Ključne besede:numerical modeling, non-Fourier bioheat transfer, boundary element method, inverse problem solving, optimization
Kraj izida:Maribor
Kraj izvedbe:Maribor
Založnik:[I. D. Horvat]
Leto izida:2025
Št. strani:VIII, 136 str.
PID:20.500.12556/DKUM-92618 Novo okno
UDK:517.956.27:519.612(043.3)
COBISS.SI-ID:267992579 Novo okno
Datum objave v DKUM:04.02.2026
Število ogledov:235
Število prenosov:40
Metapodatki:XML DC-XML DC-RDF
Področja:KTFMB - FS
:
Kopiraj citat
  
Skupna ocena:(0 glasov)
Vaša ocena:Ocenjevanje je dovoljeno samo prijavljenim uporabnikom.
Objavi na:Bookmark and Share



Postavite miškin kazalec na naslov za izpis povzetka. Klik na naslov izpiše podrobnosti ali sproži prenos.

Licence

Licenca:CC BY-NC-ND 4.0, Creative Commons Priznanje avtorstva-Nekomercialno-Brez predelav 4.0 Mednarodna
Povezava:http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/deed.sl
Opis:Najbolj omejujoča licenca Creative Commons. Uporabniki lahko prenesejo in delijo delo v nekomercialne namene in ga ne smejo uporabiti za nobene druge namene.
Začetek licenciranja:25.04.2025

Sekundarni jezik

Jezik:Slovenski jezik
Naslov:Numerično reševanje inverznega problema nefourierovega bioprenosa toplote za uporabo pri dinamični termografiji : doktorska disertacija
Opis:Infrardeča termografija je neinvazivna tehnika, ki se uporablja na industrijskem, okoljskem in medicinskem področju za zaznavanje in interpretacijo porazdelitev površinskih temperatur. V medicinski diagnostiki lahko dinamična infrardeča termografija s pomočjo subtilnih toplotnih anomalij razkrije podlage fizioloških procesov, kot sta spremenjen metabolizem in angiogeneza, še posebej pri zgodnjem odkrivanju kožnega raka. Kljub temu pa konvencionalne diagnostične metode ostajajo subjektivne in nagnjene k napačnim diagnozam, standardni fourierjevi modeli bioprenosa toplote pa ne zajamejo hitrega prehodnega toplotnega odziva v heterogenih tkivih. Ta doktorska disertacija naslavlja te omejitve z razvojem numeričnega reševalnika za reševanje direktnih in inverznih problemov, ki temelji na nefourierjevem modelu bioprenosa toplote z dvojnim zamikom in podobmočni metodi robnih elementov, kar omogoča natančno simulacijo večplastnih kožnih struktur v dinamičnih toplotnih pogojih. Analiza direktnega problema je pokazala, da vključitev nefourierovih učinkov poveča toplotni kontrast med zdravim in tumorsko spremenjenim tkivom. Za reševanje inverznega problema je bil implementiran hibridni Levenberg-Marquardt optimizacijski algoritem, ki omogoča ocenjevanje diagnostično pomembnih parametrov, kot so premer tumorja, njegova debelina, hitrost perfuzije krvi in relaksacijski čas, na podlagi šumnih meritev površinske temperature. Rezultati so pokazali, da sta premer tumorja in relaksacijski čas najstabilnejša in najzanesljiveje ocenjena parametra, medtem ko sta hitrost perfuzije krvi in debelina tumorja močno občutljiva na šum, zlasti pri globljih spremembah in povečani negotovosti modela. Poleg tega je raziskava pokazala, da absolutne temperaturne meritve omogočajo natančnejše rezultate inverznega problema kot relativni toplotni kontrast ter da nefourierjevi učinki občutno zamaknejo toplotni odziv tumorja -- pomembno spoznanje za optimizacijo protokolov dinamične termografije. Ti prispevki poglabljajo razumevanje prenosa toplote v živih tkivih, izboljšujejo natančnost in zanesljivost neinvazivnih diagnostičnih tehnik ter postavljajo temelje za prihodnjo klinično uporabo dinamične infrardeče termografije.
Ključne besede:numerično modeliranje, dinamična termografija, nefourierov bioprenos toplote, metoda robnih elementov, reševanje inverznih problemov, optimizacija


Komentarji

Dodaj komentar

Za komentiranje se morate prijaviti.

Komentarji (0)
0 - 0 / 0
 
Ni komentarjev!

Nazaj
Logotipi partnerjev Univerza v Mariboru Univerza v Ljubljani Univerza na Primorskem Univerza v Novi Gorici