مدل‌سازی محاسباتی در مهندسی پزشکی زیستی و فیزیک پزشکی ۲۰۲۰
Computational Modeling in Biomedical Engineering and Medical Physics 2020

مدل‌سازی ریاضی و عددی مسائل مهندسی در پزشکی، با هدف آشکارسازی و درک تعاملات و فرآیندهای چندرشته‌ای، و ارائه بینش‌های مفید برای مراقبت بالینی و پیشرفت‌های فناوری در جهت تجهیزات و سیستم‌های پزشکی بهتر انجام می‌شود. هنگام مدل‌سازی مسائل پزشکی، مهندسان با مسائل چندرشته‌ای الکترومغناطیس، انتقال حرارت و جرم، و مکانیک سازه‌ای مواجه می‌شوند که احتمالاً دارای مقیاس‌های زمانی و مکانی مختلف هستند و ممکن است در تدوین مدل‌های ریاضی سازگار و قابل حل، مشکلاتی ایجاد کنند. “مدل‌سازی محاسباتی در مهندسی زیستی و فیزیک پزشکی” تعدادی از مسائل مهندسی در پزشکی را ارائه می‌کند که ممکن است در فیزیک پزشکی، روش‌ها، تشخیص و تکنیک‌های نظارت، از جمله فعالیت الکتریکی قلب، نظارت بر فعالیت همودینامیک، هدف‌گیری دارویی مغناطیسی، مدل‌های بیوگرما و ترموگرافی، هیپرترمی RF و مایکروویو، ابلیشن، دزیمتری EMF و روش‌های بیوامپدانس با آن‌ها روبرو شوید.

نویسندگان، روش‌شناسی اصلی برای طرح و حل مسائل مختلف مهندسی پزشکی را مورد بحث قرار می‌دهند، از جمله مبانی مدل‌سازی ریاضی (به عنوان مثال، معیارهای مسائل خوش‌تعریف)؛ مقیاس‌بندی فیزیک (تکنیک‌های همگن‌سازی)؛ معیارهای قانون کانستراکچال در تغییر شکل و ساختار سیستم‌ها با جریان‌های داخلی؛ ساخت دامنه محاسباتی (CAD و یا تکنیک‌های بازسازی بر اساس تصاویر پزشکی)؛ مسائل مدل‌سازی عددی و تکنیک‌های اعتبارسنجی مورد استفاده برای اطمینان از نتایج شبیه‌سازی عددی. علاوه بر این، ایده‌ها و مسیرهای جدید برای بررسی و درک مدل‌های مقیاس ظریف‌تر و ادغام آن‌ها در فیزیک پزشکی محیط‌های پیوسته به عنوان مطالعات موردی ارائه شده است.

– ارائه مبانی مدل‌سازی ریاضی و عددی مسائل مهندسی در پزشکی
– بحث در مورد بسیاری از رایج‌ترین سناریوهای مدل‌سازی برای مهندسی زیستی، از جمله فعالیت الکتریکی قلب، نظارت بر فعالیت همودینامیک، هدف‌گیری دارویی مغناطیسی، مدل‌های بیوگرما و ترموگرافی، هیپرترمی RF و مایکروویو، ابلیشن، دزیمتری EMF و روش‌های بیوامپدانس
– شامل بحث در مورد روش‌شناسی اصلی برای طرح و حل مسائل مختلف مهندسی پزشکی، از جمله مبانی مدل‌سازی ریاضی، مقیاس‌بندی فیزیک، معیارهای قانون کانستراکچال در تغییر شکل و ساختار سیستم‌ها با جریان‌های داخلی، ساخت دامنه محاسباتی، مسائل مدل‌سازی عددی و تکنیک‌های اعتبارسنجی مورد استفاده برای اطمینان از نتایج شبیه‌سازی عددی

Mathematical and numerical modelling of engineering problems in medicine is aimed at unveiling and understanding multidisciplinary interactions and processes and providing insights useful to clinical care and technology advances for better medical equipment and systems. When modelling medical problems, the engineer is confronted with multidisciplinary problems of electromagnetism, heat and mass transfer, and structural mechanics with, possibly, different time and space scales, which may raise concerns in formulating consistent, solvable mathematical models. Computational Medical Engineering presents a number of engineering for medicine problems that may be encountered in medical physics, procedures, diagnosis and monitoring techniques, including electrical activity of the heart, hemodynamic activity monitoring, magnetic drug targeting, bioheat models and thermography, RF and microwave hyperthermia, ablation, EMF dosimetry, and bioimpedance methods. The authors discuss the core approach methodology to pose and solve different problems of medical engineering, including essentials of mathematical modelling (e.g., criteria for well-posed problems); physics scaling (homogenization techniques); Constructal Law criteria in morphing shape and structure of systems with internal flows; computational domain construction (CAD and, or reconstruction techniques based on medical images); numerical modelling issues, and validation techniques used to ascertain numerical simulation results. In addition, new ideas and venues to investigate and understand finer scale models and merge them into continuous media medical physics are provided as case studies. – Presents the fundamentals of mathematical and numerical modeling of engineering problems in medicine – Discusses many of the most common modelling scenarios for Biomedical Engineering, including, electrical activity of the heart hemodynamic activity monitoring, magnetic drug targeting, bioheat models and thermography, RF and microwave hyperthermia, ablation, EMF dosimetry, and bioimpedance methods – Includes discussion of the core approach methodology to pose and solve different problems of medical engineering, including essentials of mathematical modelling, physics scaling, Constructal Law criteria in morphing shape and structure of systems with internal flows, computational domain construction, numerical modelling issues, and validation techniques used to ascertain numerical simulation results