Steady state temperature rise in multilayered tissue due to arbitrary periodic SAR using finite difference FFT and transfer function method
Steady state temperature rise in multilayered tissue due to arbitrary periodic SAR using finite difference FFT and transfer function method
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- dc.contributor.author
- Gajda, Gregory B.
- Paradis, Jonathan
- Lemay, Eric
- dc.date.accessioned
- 2024-04-04T19:16:42Z
- dc.date.available
- 2024-04-04T19:16:42Z
- dc.date.issued
- 2021-06-10
- dc.description.abstract - en
- Steady state (SS) and transient temperature-rise in tissue from radiofrequency exposure forms the underlying basis for limits in international exposure guidelines. Periodically pulsed or intermittent exposures form a special case of having both peak and average levels, producing temperature-rise oscillations in the SS. Presented here is a method for determining tissue temperature-rise for periodic specific absorption rate (SAR) modulation having arbitrary waveform. It involves the finite difference solution of a form of the Pennes Bioheat Transfer equation (BHTE) and uses the concept of the transfer function and the Fast Fourier Transform (FFT). The time-dependent BHTE is converted to a SS harmonic version by assuming that the time-dependent SAR waveform and tissue temperature can both be represented by Fourier series. The transfer function is obtained from solutions of the harmonic BHTE for an assumed SAR waveform consisting of periodic impulses. The temperature versus time response for an arbitrary periodic SAR waveform is obtained from the inverse FFT of the product of the transfer function and the FFT of the actual SAR waveform. This method takes advantage of existing FFT algorithms on most computational platforms and the ability to store the transfer function for later re-use. The transfer function varies slowly with harmonic number, allowing interpolation and extrapolation to reduce the computational effort. The method is highly efficient for the case where repeated temperature-rise calculations for parameter variations in the SAR waveform are sought. Examples are given for a narrow, circularly symmetric beam incident on a planar skin/fat/muscle model with rectangular, triangular and cosine-pulsed SAR modulation waveforms. Calculations of temperature-rise crest factor as a function of rectangular pulse duty factor and pulse repetition frequency for the same exposure/tissue model are also presented as an example of the versatility of the method.
- dc.description.abstract-fosrctranslation - fr
- L’état d’équilibre (SS) et l’augmentation transitoire de la température dans les tissus suite à une exposition aux radiofréquences constituent la base sous-jacente des limites des directives internationales d’exposition. Les expositions périodiques pulsées ou intermittentes constituent un cas particulier de niveaux de pointe et de niveaux moyens, produisant des oscillations d'augmentation de la température dans le SS. L'invention concerne une méthode permettant de déterminer l'augmentation de la température des tissus pour une modulation périodique du débit d'absorption spécifique (SAR) ayant une forme d'onde arbitraire. Il implique la solution aux différences finies d'une forme de l'équation de transfert de biochaleur de Pennes (BHTE) et utilise le concept de fonction de transfert et de transformée de Fourier rapide (FFT). Le BHTE dépendant du temps est converti en version harmonique SS en supposant que la forme d'onde SAR et la température des tissus dépendant du temps peuvent toutes deux être représentées par une série de Fourier. La fonction de transfert est obtenue à partir de solutions de l'harmonique BHTE pour une forme d'onde SAR supposée constituée d'impulsions périodiques. La réponse température en fonction du temps pour une forme d'onde SAR périodique arbitraire est obtenue à partir de la FFT inverse du produit de la fonction de transfert et de la FFT de la forme d'onde SAR réelle. Cette méthode tire parti des algorithmes FFT existants sur la plupart des plates-formes informatiques et de la possibilité de stocker la fonction de transfert pour une réutilisation ultérieure. La fonction de transfert varie lentement avec le nombre harmonique, permettant à l'interpolation et à l'extrapolation de réduire l'effort de calcul. La méthode est très efficace dans le cas où l'on recherche des calculs répétés d'augmentation de température pour les variations des paramètres de la forme d'onde SAR. Des exemples sont donnés pour un faisceau étroit à symétrie circulaire incident sur un modèle planaire peau/graisse/muscle avec des formes d'onde de modulation SAR rectangulaires, triangulaires et pulsées en cosinus. Les calculs du facteur de crête d'augmentation de la température en fonction du facteur de service d'impulsion rectangulaire et de la fréquence de répétition des impulsions pour le même modèle d'exposition/tissu sont également présentés comme exemple de la polyvalence de la méthode.
- dc.identifier.doi
- https://doi.org/10.1088/2057-1976/ac0779
- dc.identifier.uri
- https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2220
- dc.language.iso
- en
- dc.publisher
- IOP Publishing
- dc.subject - en
- Health
- Health and safety
- dc.subject - fr
- Santé
- Santé et sécurité
- dc.subject.en - en
- Health
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- dc.subject.fr - fr
- Santé
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- Steady state temperature rise in multilayered tissue due to arbitrary periodic SAR using finite difference FFT and transfer function method
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