Sensitivity analysis of biological tissue freezing process with respect to the radius of spherical cryoprobe

• Autorzy: Majchrzak E. , Kałuża G.

Warianty tytułu

PL

Analiza wrażliwości procesu zamrażania tkanki biologicznej ze względu na promień kriosondy sferycznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Application of the shape sensitivity analysis to the case of problems of the biological tissue freezing process is discussed. The freezing process described by a strongly non-linear bioheat transfer equation in which an additional term controlling the evolution of latent heat appears. Using the approach called 'the one domain method', one finally obtains a partial differential equation containing the substitute thermal capacity of tissue. The boundary and initial conditions determine the thermal interaction between the tissue and cryoprobe tip. In the paper, we consider a spherical internal cryoprobe. In order to estimate the influence of cryoprobe geometry on the course of the process, the shape sensitivity analysis is applied. In particular, a direct approach is used (explicit differentiation method). The results of numerical modeling (the boundary element method is applied) allow one to formulate essential practical conclusions concerning the course of cryosurgery treatments.

PL

Praca dotyczy zastosowania analizy wrażliwości kształtu w zagadnieniach modelowaniaprocesuzamrażania tkanki biologicznej. Proces ten jest opisany silnie nieliniowym równaniem przepływu biociepła, w którym pojawia się dodatkowy składnik związany z wydzielaniem się utajonego ciepła zamrażania. Formalne przekształcenia wyjściowego równania opisującego proces prowadzi do równania różniczkowego, w którym występuje zastępcza pojemność cieplna tkanki (tzw. metoda jednego obszaru). Odpowiednio przyjęte warunki brzegowe determinują oddziaływania termiczne między tkanką a końcówką kriosondy. W pracy rozważa się sferyczną kriosondę wewnętrzną. VV celu oszacowania wpływu geometrii kriosondy na przebieg procesu zamrażania wykorzystano podejście bezpośrednie analizy wrażliwości kształtu. Wyniki obliczeii numerycznych otrzymane za pomocą metody elementów brzegowych pozwoliły na sformułowanie wniosków przydatnych w praktyce kriochirurgicznej.

Słowa kluczowe

EN

freezing process; boundary element method; sensitivity analysis

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 44 nr 2
• Strony: 381--392
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys.

Twórcy

autor

Majchrzak E.

autor

Kałuża G.

• Department for Strength of Materials and Computational Mechanics, Silesian University of Technology, Gliwice,

Bibliografia

• 1. Brebbia C.A., Dominiguez J., 1992, Boundary Elements, an Introductory Course, Computational Mechanics Publications, McGraw-Hill Book Company, London
• 2. Comini G., Giudice L.D., 1976, Thermal aspects of cryosurgery, Journal of Heat and Mass Transfer, 12, 543-549
• 3. Dems K., 1987, Sensitivity analysis in thermal problems - II: structure shape variation, Journal of Thermal Stresses, 10, 1-16
• 4. Kałuża G., 2005, Application of the sensitivity analysis methods in bioheat transfer, Doctoral thesis Silesian University of Technology, Gliwice, 2005
• 5. Kleiber M., 1997, Parameter Sensitivity in Nonlinear Mechanics, J. Wiley & Sons, Chichester
• 6. Majchrzak E., 2001, Boundary Element Method in Heat Transfer, Publ. of Czestochowa University of Technology, Cz¦stochowa (in Polish)
• 7. Majchrzak E., Dziewoński M., 2000, Numerical simulation of freezing process using the BEM, Computer Assisted Mechanics and Engineering Sciences, 7, 667-676
• 8. Majchrzak E., Mochnacki B., 1996, The BEM application for numerical solution of non-steady and non-linear thermal diffusion problems, Computer Assisted Mechanics and Engineering Sciences, 3, 4, 327-346