Nature.com saytına daxil olduğunuz üçün təşəkkür edirik.Siz məhdud CSS dəstəyi ilə brauzer versiyasından istifadə edirsiniz.Ən yaxşı təcrübə üçün sizə yenilənmiş brauzerdən istifadə etməyi tövsiyə edirik (və ya Internet Explorer-də Uyğunluq rejimini söndürün).Bundan əlavə, davamlı dəstəyi təmin etmək üçün biz saytı üslub və JavaScript olmadan göstəririk.
Hər slaydda üç məqalə göstərən slayderlər.Slaydlar arasında hərəkət etmək üçün geri və sonrakı düymələrdən və ya hər slaydda hərəkət etmək üçün sonundakı slayd nəzarətçi düymələrindən istifadə edin.
Fizika və həyat elmlərinin fənlərarası kəsişməsinə əsaslanaraq, tibbin bir çox sahələrində, xüsusən də onkologiyada yeni mühəndislik üsullarının praktiki tətbiqi sayəsində dəqiq tibbə əsaslanan diaqnostik və terapevtik strategiyalar son vaxtlar böyük diqqəti cəlb etmişdir.Bu çərçivədə müxtəlif miqyaslarda mümkün mexaniki zədələrə səbəb olmaq üçün şişlərdə xərçəng hüceyrələrinə hücum etmək üçün ultrasəsdən istifadə edilməsi dünya alimlərinin diqqətini artırmaqdadır.Bu amilləri nəzərə alaraq, elastodinamik zamanlama həlləri və ədədi simulyasiyalara əsaslanaraq, yerli şüalanma ilə uyğun tezlikləri və gücləri seçmək üçün toxumalarda ultrasəs yayılmasının kompüter simulyasiyasının ilkin tədqiqini təqdim edirik.Laboratoriya üçün yeni diaqnostik platforma On-Fiber texnologiyası, xəstəxana iynəsi adlanır və artıq patentləşdirilmişdir.Hesab olunur ki, təhlilin nəticələri və əlaqəli biofiziki anlayışlar fizika sahələrindən çıxış edərək, gələcəkdə dəqiq tibbin tətbiqində mərkəzi rol oynaya biləcək yeni inteqrasiya olunmuş diaqnostik və terapevtik yanaşmalara yol aça bilər.Biologiya arasında artan sinerji başlayır.
Çox sayda klinik tətbiqin optimallaşdırılması ilə xəstələrə yan təsirləri azaltmaq ehtiyacı tədricən ortaya çıxmağa başladı.Bu məqsədlə, dəqiq tibb1, 2, 3, 4, 5 mahiyyətcə iki əsas yanaşmaya riayət etməklə xəstələrə çatdırılan dərmanların dozasını azaltmaq üçün strateji məqsədə çevrilmişdir.Birincisi, xəstənin genomik profilinə uyğun olaraq hazırlanmış müalicəyə əsaslanır.Onkologiyada qızıl standarta çevrilən ikincisi, az miqdarda dərman buraxmağa çalışaraq sistemli dərman çatdırılması prosedurlarından qaçmaq, eyni zamanda yerli terapiyadan istifadə etməklə dəqiqliyi artırmaq məqsədi daşıyır.Son məqsəd kimyaterapiya və ya radionuklidlərin sistemli tətbiqi kimi bir çox terapevtik yanaşmanın mənfi təsirlərini aradan qaldırmaq və ya ən azı minimuma endirməkdir.Xərçəngin növündən, yerindən, radiasiya dozasından və digər amillərdən asılı olaraq, hətta radiasiya terapiyası da sağlam toxuma üçün yüksək riskə malik ola bilər.Qlioblastomanın müalicəsində6,7,8,9 cərrahiyyə əməliyyatı əsas xərçəngi müvəffəqiyyətlə aradan qaldırır, lakin metastazlar olmadıqda belə, bir çox kiçik xərçəng infiltratı ola bilər.Əgər onlar tamamilə çıxarılmasa, nisbətən qısa müddət ərzində yeni xərçəng kütlələri böyüyə bilər.Bu kontekstdə, yuxarıda qeyd olunan dəqiq tibb strategiyalarını tətbiq etmək çətindir, çünki bu infiltratları aşkar etmək və geniş bir əraziyə yaymaq çətindir.Bu maneələr dəqiq dərman vasitəsi ilə hər hansı residivlərin qarşısının alınmasında qəti nəticələrin qarşısını alır, buna görə də bəzi hallarda sistemli çatdırılma üsullarına üstünlük verilir, baxmayaraq ki, istifadə olunan dərmanlar çox yüksək toksiklik səviyyəsinə malik ola bilər.Bu problemi aradan qaldırmaq üçün ideal müalicə yanaşması sağlam toxuma təsir etmədən xərçəng hüceyrələrinə seçici şəkildə hücum edə bilən minimal invaziv strategiyalardan istifadə etmək olardı.Bu arqumentin işığında, həm təkhüceyrəli sistemlərdə, həm də mezomiqyaslı heterojen çoxluqlarda xərçəngli və sağlam hüceyrələrə fərqli təsir göstərdiyi sübut edilmiş ultrasəs titrəyişlərinin istifadəsi mümkün bir həll kimi görünür.
Mexanik nöqteyi-nəzərdən sağlam və xərçəngli hüceyrələr əslində fərqli təbii rezonans tezliklərinə malikdirlər.Bu xüsusiyyət xərçəng hüceyrələrinin sitoskeletal strukturunun mexaniki xüsusiyyətlərində onkogen dəyişikliklərlə əlaqələndirilir12,13, şiş hüceyrələri isə orta hesabla normal hüceyrələrdən daha çox deformasiyaya uğrayır.Beləliklə, stimullaşdırma üçün ultrasəs tezliyinin optimal seçimi ilə seçilmiş ərazilərdə yaranan vibrasiya canlı xərçəng strukturlarına zərər verə bilər, ev sahibinin sağlam ətraf mühitinə təsirini minimuma endirir.Bu hələ tam başa düşülməmiş təsirlərə ultrasəs tərəfindən törədilən yüksək tezlikli vibrasiyalar (prinsipcə litotripsiyaya14 çox oxşar) və mexaniki yorğunluğa bənzər bir hadisə nəticəsində hüceyrənin zədələnməsi səbəbindən müəyyən hüceyrə struktur komponentlərinin məhv edilməsi, bu da öz növbəsində hüceyrə quruluşunu dəyişə bilər. .proqramlaşdırma və mexanobiologiya.Bu nəzəri həll çox uyğun görünsə də, təəssüf ki, anekoik bioloji strukturların ultrasəsin birbaşa tətbiqinə mane olduğu hallarda, məsələn, sümük varlığına görə kəllədaxili tətbiqlərdə və bəzi döş şişi kütlələrinin yağda yerləşdiyi hallarda istifadə edilə bilməz. toxuma.Zəifləmə potensial terapevtik təsir yerini məhdudlaşdıra bilər.Bu problemləri aradan qaldırmaq üçün ultrasəs şüalanmış sahəyə mümkün qədər az invaziv yolla çata bilən xüsusi hazırlanmış transduserlərlə yerli olaraq tətbiq edilməlidir.Bunu nəzərə alaraq biz “iynə xəstəxanası”15 adlı innovativ texnoloji platformanın yaradılması imkanları ilə bağlı ideyalardan istifadə imkanlarını nəzərdən keçirdik.“İynədəki xəstəxana” konsepsiyası müxtəlif funksiyaların bir tibbi iynədə birləşməsinə əsaslanan diaqnostik və terapevtik tətbiqlər üçün minimal invaziv tibbi alətin hazırlanmasını nəzərdə tutur.Xəstəxana İğnesi bölməsində daha ətraflı müzakirə edildiyi kimi, bu yığcam cihaz ilk növbədə 16, 17, 18, 19, 20, 21 fiber optik zondların üstünlüklərinə əsaslanır və onlar öz xüsusiyyətlərinə görə standart 20-yə daxil etmək üçün əlverişlidir. tibbi iynələr, 22 lümen.Lab-on-Fiber (LOF)23 texnologiyasının təmin etdiyi çeviklikdən istifadə edərək, lif maye biopsiyası və toxuma biopsiyası cihazları da daxil olmaqla, miniatürləşdirilmiş və istifadəyə hazır diaqnostik və terapevtik cihazlar üçün effektiv şəkildə unikal platformaya çevrilir.biomolekulyar aşkarlamada24,25, işıqla idarə olunan yerli dərman tədarükü26,27, yüksək dəqiqlikli yerli ultrasəs görüntüləmə28, termal terapiya29,30 və spektroskopiyaya əsaslanan xərçəng toxumasının identifikasiyası31.Bu konsepsiya çərçivəsində “xəstəxanada iynə” cihazına əsaslanan lokalizasiya yanaşmasından istifadə edərək, maraq dairəsində ultrasəs dalğalarını həyəcanlandırmaq üçün iynələr vasitəsilə ultrasəs dalğalarının yayılmasından istifadə etməklə, rezident bioloji strukturların lokal stimullaşdırılmasının optimallaşdırılması imkanlarını araşdırırıq..Beləliklə, aşağı intensivlikli terapevtik ultrasəs, yuxarıda qeyd olunan kəllədaxili cərrahiyyə vəziyyətində olduğu kimi, yumşaq toxumalarda sonikasiya edən hüceyrələr və kiçik bərk formasiyalar üçün minimal invazivliklə risk zonasına birbaşa tətbiq oluna bilər. iynə.Ultrasəsin müəyyən xərçəng növlərinin inkişafını dayandıra və ya gecikdirə biləcəyini göstərən son nəzəri və eksperimental nəticələrdən ilhamlanaraq, təklif olunan yanaşma, ən azı prinsipcə, aqressiv və müalicəvi təsirlər arasında əsas mübadilələri həll etməyə kömək edə bilər.Bu mülahizələri nəzərə alaraq, bu məqalədə xərçəng üçün minimal invaziv ultrasəs terapiyası üçün xəstəxanadaxili iynə cihazından istifadə imkanlarını araşdırırıq.Daha dəqiq desək, böyümədən asılı olan ultrasəs tezliyinin qiymətləndirilməsi üçün sferik şiş kütlələrinin səpilmə təhlili bölməsində elastik mühitdə böyümüş sferik bərk şişlərin ölçüsünü proqnozlaşdırmaq üçün yaxşı qurulmuş elastodinamik üsullardan və akustik səpilmə nəzəriyyəsindən istifadə edirik.materialın böyüməyə səbəb olan yenidən qurulması səbəbindən şiş və ev sahibi toxuma arasında meydana gələn sərtlik.“İynədəki xəstəxana” bölməsində adlandırdığımız sistemimizi “İynədəki xəstəxana” bölməsində təsvir etdikdən sonra, ultrasəs dalğalarının tibbi iynələr vasitəsilə proqnozlaşdırılan tezliklərdə yayılmasını təhlil edirik və onların ədədi modeli öyrənmək üçün ətraf mühiti şüalandırır. alətin akustik gücünün ötürülməsinə təsir edən əsas həndəsi parametrlər (həqiqi daxili diametri, iynənin uzunluğu və kəskinliyi).Dəqiq tibb üçün yeni mühəndislik strategiyalarının hazırlanması zərurəti nəzərə alınmaqla, təklif olunan tədqiqatın ultrasəsi digər həllərlə birləşdirən inteqrasiya olunmuş teraqnostik platforma vasitəsilə çatdırılan ultrasəsin istifadəsinə əsaslanan xərçəngin müalicəsi üçün yeni alətin hazırlanmasına kömək edə biləcəyinə inanılır.Məqsədli dərman çatdırılması və bir iynə daxilində real vaxt diaqnostikası kimi birləşdirilmişdir.
Ultrasəs (ultrasəs) stimulyasiyasından istifadə edərək lokallaşdırılmış bərk şişlərin müalicəsi üçün mexaniki strategiyaların təmin edilməsinin effektivliyi, aşağı intensivlikli ultrasəs vibrasiyalarının tək hüceyrəli sistemlərə təsiri ilə həm nəzəri, həm də eksperimental olaraq məşğul olan bir neçə məqalənin məqsədi olmuşdur 10, 11, 12 , 32, 33, 34, 35, 36 Viskoelastik modellərdən istifadə edərək, bir neçə tədqiqatçı analitik şəkildə şiş və sağlam hüceyrələrin ABŞ 10,11,12 diapazonunda fərqli rezonans zirvələri ilə xarakterizə olunan fərqli tezlik reaksiyaları nümayiş etdirdiyini nümayiş etdirdi.Bu nəticə göstərir ki, prinsipcə, şiş hüceyrələri ev sahibi mühiti qoruyan mexaniki stimullar tərəfindən seçici şəkildə hücuma məruz qala bilər.Bu davranış, əksər hallarda şiş hüceyrələrinin sağlam hüceyrələrdən daha çevik olduğuna dair əsas sübutların birbaşa nəticəsidir, ola bilsin ki, onların çoxalma və miqrasiya qabiliyyətini artırır37,38,39,40.Tək hüceyrə modelləri ilə əldə edilən nəticələrə əsasən, məsələn, mikromiqyasda, xərçəng hüceyrələrinin seçiciliyi də heterojen hüceyrə aqreqatlarının harmonik reaksiyalarının ədədi tədqiqatları vasitəsilə mezomiqyasda nümayiş etdirilmişdir.Xərçəng hüceyrələrinin və sağlam hüceyrələrin fərqli bir faizini təmin edən yüzlərlə mikrometr ölçüsündə çoxhüceyrəli aqreqatlar iyerarxik şəkildə quruldu.Bu aqreqatların mezol səviyyəsində, tək hüceyrələrin mexaniki davranışını xarakterizə edən əsas struktur elementlərin birbaşa həyata keçirilməsi səbəbindən maraq doğuran bəzi mikroskopik xüsusiyyətlər qorunub saxlanılır.Xüsusilə, hər bir hüceyrə müxtəlif prestressed cytoskeletal strukturlarının cavab təqlid etmək üçün gərginlik-based memarlıq istifadə edir, bununla da onların ümumi sərtlik12,13 təsir.Yuxarıda göstərilən ədəbiyyatın nəzəri proqnozları və in vitro təcrübələri ürəkaçan nəticələr verdi ki, bu da şiş kütlələrinin aşağı intensivlikli terapevtik ultrasəsə (LITUS) həssaslığının öyrənilməsinin zəruriliyini göstərir və şiş kütlələrinin şüalanma tezliyinin qiymətləndirilməsi çox vacibdir.yerində tətbiq üçün LITUS mövqeyi.
Bununla belə, toxuma səviyyəsində fərdi komponentin submakroskopik təsviri qaçılmaz olaraq itirilir və şiş toxumasının xassələri, makroskopik təsirləri nəzərə alaraq, kütləvi artımı və stressin səbəb olduğu yenidən qurulması proseslərini izləmək üçün ardıcıl üsullardan istifadə etməklə izlənilə bilər. artım.- toxuma elastikliyində 41.42 miqyasında induksiya edilmiş dəyişikliklər.Həqiqətən də birhüceyrəli və aqreqat sistemlərdən fərqli olaraq bərk şiş kütlələri yumşaq toxumalarda ümumi şişdaxili sərtliyin artması nəticəsində təbii mexaniki xassələri dəyişən aberrant qalıq gərginliklərin tədricən yığılması nəticəsində böyüyür və şiş sklerozu çox vaxt şişin formalaşmasında müəyyənedici faktora çevrilir. şiş aşkarlanması.
Bu mülahizələri nəzərə alaraq, burada normal toxuma mühitində böyüyən elastik sferik daxilolmalar kimi modelləşdirilmiş şiş sferoidlərinin sonodinamik reaksiyasını təhlil edirik.Daha dəqiq desək, şişin mərhələsi ilə bağlı elastiklik xüsusiyyətləri bəzi müəlliflərin əvvəlki işlərində əldə etdikləri nəzəri və eksperimental nəticələr əsasında müəyyən edilmişdir.Onların arasında, heterojen mühitdə in vivo yetişdirilən bərk şiş sferoidlərinin təkamülü, şiş kütlələrinin və əlaqəli intratumoral stressin inkişafını proqnozlaşdırmaq üçün növlərarası dinamika ilə birlikdə qeyri-xətti mexaniki modellər 41,43,44 tətbiq edilərək tədqiq edilmişdir.Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, böyümə (məsələn, qeyri-elastik prestretching) və qalıq stress şiş materialının xüsusiyyətlərinin mütərəqqi yenidən qurulmasına səbəb olur və bununla da onun akustik reaksiyasını dəyişir.Qeyd etmək vacibdir ki, ref.41 şişlərdə böyümə və bərk stressin birgə təkamülü heyvan modellərində eksperimental kampaniyalarda nümayiş etdirilmişdir.Xüsusilə, eyni ölçülərə malik sferik sonlu element modelində və proqnozlaşdırılan qalıq gərginlik sahəsini nəzərə almaqla, silisiumda oxşar şəraitin bərpası nəticəsində əldə edilən sərtlik ilə müxtəlif mərhələlərdə rezeksiya edilmiş döş şişi kütlələrinin sərtliyinin müqayisəsi təklif olunan metodu təsdiqlədi. modelin etibarlılığı..Bu işdə əvvəllər əldə edilmiş nəzəri və eksperimental nəticələrdən yeni işlənmiş terapevtik strategiyanın işlənib hazırlanması üçün istifadə olunur.Xüsusilə, müvafiq təkamül müqavimət xüsusiyyətləri ilə proqnozlaşdırılan ölçülər burada hesablanmışdır və beləliklə, ev sahibi mühitdə yerləşdirilmiş şiş kütlələrinin daha həssas olduğu tezlik diapazonlarını qiymətləndirmək üçün istifadə edilmişdir.Bu məqsədlə, biz beləliklə, ultrasəs stimullarına cavab olaraq səpilmənin ümumi qəbul edilmiş prinsipinə uyğun olaraq akustik göstəriciləri nəzərə alaraq və sferoidin mümkün rezonans hadisələrini vurğulamaqla, müxtəlif mərhələlərdə alınan şiş kütləsinin dinamik davranışını araşdırdıq. .şişdən və ev sahibindən asılı olaraq toxumalar arasında sərtlikdə artımdan asılı fərqlər.
Beləliklə, şiş kütlələri böyük bədxassəli strukturların sferik formalarda yerində necə böyüdüyünü göstərən eksperimental məlumatlar əsasında ev sahibinin ətrafdakı elastik mühitində \(a\) radiuslu elastik sferalar kimi modelləşdirilmişdir.Şəkil 1-ə istinad edərək, sferik koordinatlardan istifadə edərək \(\{ r,\teta,\varphi \}\) (burada \(\teta\) və \(\varphi\) müvafiq olaraq anomaliya bucağını və azimut bucağını təmsil edir), şiş domeni sağlam məkana daxil edilmiş regionu tutur \({\mathcal {V}}_{T}=\{ (r,\theta,\varphi ):r\le a\}\) sərhədsiz bölgə \({\mathcal { V} }_{H} = \{ (r,\teta,\varphi):r > a\}\).Bir çox ədəbiyyatda 45,46,47,48 bildirilmiş yaxşı qurulmuş elastodinamik əsasa əsaslanan riyazi modelin tam təsviri üçün Əlavə Məlumata (SI) istinad edərək, biz burada oxsimmetrik rəqs rejimi ilə xarakterizə olunan problemi nəzərdən keçiririk.Bu fərziyyə o deməkdir ki, şiş və sağlam sahələr daxilindəki bütün dəyişənlər azimutal koordinatdan \(\varphi\) müstəqildir və bu istiqamətdə heç bir təhrif baş vermir.Nəticə etibarı ilə yerdəyişmə və gərginlik sahələri iki skalyar potensialdan əldə edilə bilər \(\phi = \hat{\phi}\left( {r,\theta} \right)e^{{ – i \omega {\kern 1pt } t }}\) və \(\chi = \hat{\chi }\left( {r,\theta } \right)e^{{ – i\omega {\kern 1pt} t }}\) , onlar müvafiq olaraq uzununa dalğa və kəsici dalğa ilə əlaqədardır, dalğalanma \(\teta \) və hadisə dalğasının istiqaməti ilə mövqe vektoru arasındakı bucaq arasında t üst-üstə düşmə vaxtı \({\mathbf {x})\) ( şəkildə göstərildiyi kimi 1) və \(\omeqa = 2\pi f\) bucaq tezliyini təmsil edir.Xüsusilə, hadisə sahəsi cismin həcminə yayılan \(\phi_{H}^{(in)}\) (SI sistemində, tənlik (A.9)) müstəvi dalğası ilə modelləşdirilir. qanun ifadəsinə görə
burada \(\phi_{0}\) amplituda parametridir.Sferik dalğa funksiyasından istifadə edərək düşən müstəvi dalğanın (1) sferik genişlənməsi standart arqumentdir:
Burada \(j_{n}\) birinci növ \(n\) sırasının sferik Bessel funksiyası, \(P_{n}\) isə Legendre polinomudur.İnvestisiya sferasının hadisə dalğasının bir hissəsi ətraf mühitə səpələnir və hadisə sahəsi ilə üst-üstə düşür, digər hissəsi isə sferanın içərisinə səpələnir və onun vibrasiyasına töhfə verir.Bunun üçün \(\nabla^{2} \hat{\phi } + k_{1}^{2} {\mkern 1mu} \hat{\phi } = 0\,\ dalğa tənliyinin harmonik həlləri. ) və \ (\ nabla^{2} {\mkern 1mu} \hat{\chi } + k_{2}^{2} \hat{\chi } = 0\), məsələn, Eringen45 (həmçinin bax SI) ) şiş və sağlam sahələri göstərə bilər.Xüsusilə, səpələnmiş genişlənmə dalğaları və ev mühitində yaranan izovolümik dalğalar \(H\) müvafiq potensial enerjilərini qəbul edir:
Onların arasında birinci növ sferik Hankel funksiyası \(h_{n}^{(1)}\) gedən səpələnmiş dalğanı nəzərə almaq üçün istifadə olunur və \(\alfa_{n}\) və \(\beta_{ n}\ ) naməlum əmsallardır.tənlikdə.(2)–(4) tənliklərində \(k_{H1}\) və \(k_{H2}\) terminləri müvafiq olaraq bədənin əsas sahəsindəki seyrəkləşmə və eninə dalğaların dalğa nömrələrini bildirir ( bax SI).Şişin içərisində sıxılma sahələri və sürüşmə forması var
Burada \(k_{T1}\) və \(k_{T2}\) şiş bölgəsindəki uzununa və eninə dalğa nömrələrini, naməlum əmsallar isə \(\qamma_{n} {\mkern 1mu}\) , \(\ eta_{n} {\mkern 1mu}\).Bu nəticələrə əsasən, sıfırdan fərqli radial və çevrəvi yerdəyişmə komponentləri nəzərdən keçirilən problemin sağlam bölgələri üçün xarakterikdir, məsələn \(u_{Hr}\) və \(u_{H\theta}\) (\(u_{) H\ varphi }\ ) simmetriya fərziyyəsinə artıq ehtiyac yoxdur) — \(u_{Hr} = \partial_{r} \left( {\phi + \partial_{r} (r\chi ) əlaqəsindən əldə etmək olar. } \sağ) + k_}^{2 } {\mkern 1mu} r\chi\) və \(u_{H\theta} = r^{- 1} \qismən_{\theta} \sol({\phi + \partial_{r } ( r\chi ) } \right)\) \(\phi = \phi_{H}^{(in)} + \phi_{H}^{(s)}\) və \ formalaşdırmaqla (\chi = \chi_ {H}^ {(s)}\) (ətraflı riyazi törəmə üçün SI-yə baxın).Eynilə, \(\phi = \phi_{T}^{(s)}\) və \(\chi = \chi_{T}^{(s)}\) əvəz etmək {Tr} = \qismən_{r} qaytarır \left( {\phi + \partial_{r} (r\chi)} \right) + k_{T2}^{2} {\mkern 1mu} r\chi\) və \(u_{T\theta} = r^{-1}\qismən _{\theta }\left({\phi +\partial_{r}(r\chi )}\sağ)\).
(Sol) İnsident sahəsinin yayıldığı sağlam mühitdə böyüdülmüş sferik şişin həndəsəsi, (sağda) Şişin radiusunun funksiyası kimi şiş-ev sahibi sərtlik nisbətinin müvafiq təkamülü, bildirilmiş məlumatlar (Carotenuto et al. 41-dən uyğunlaşdırılmışdır) sıxılma testlərindən vitro MDA-MB-231 hüceyrələri ilə aşılanmış bərk döş şişlərindən əldə edilmişdir.
Xətti elastik və izotrop materialları fərz etsək, sağlam və şiş bölgələrində sıfırdan fərqli gərginlik komponentləri, yəni \(\sigma_{Hpq}\) və \(\sigma_{Tpq}\) - ümumiləşdirilmiş Huk qanununa tabe olurlar. host və şiş elastikliyini xarakterizə edən müxtəlif Lamé modulları \(\{ \mu_{H},\,\lambda_{H} \}\) və \(\{ \mu_{T},\, \lambda_ kimi qeyd olunur. {T} \ }\) (SI-də göstərilən gərginlik komponentlərinin tam ifadəsi üçün (A.11) tənliyinə baxın).Xüsusilə, istinad 41 və Şəkil 1-də təqdim edilən məlumatlara görə, böyüyən şişlər toxuma elastiklik sabitlərində dəyişiklik göstərdi.Beləliklə, ev sahibi və şiş bölgələrində yerdəyişmələr və gərginliklər naməlum sabitlər toplusuna qədər tamamilə müəyyən edilir \({{ \varvec{\upxi}}}_{n} = \{ \alfa_{n} ,{\mkern 1mu } \ beta_{ n} {\mkern 1mu} \qamma_{n} ,\eta_{n} \}\ ) nəzəri cəhətdən sonsuz ölçülərə malikdir.Bu əmsal vektorlarını tapmaq üçün şiş və sağlam sahələr arasında uyğun interfeyslər və sərhəd şərtləri təqdim edilir.Şiş sahibinin interfeysində mükəmməl birləşməni fərz etsək \(r = a\) yerdəyişmələrin və gərginliklərin davamlılığı aşağıdakı şərtləri tələb edir:
Sistem (7) sonsuz həlli olan tənliklər sistemini təşkil edir.Bundan əlavə, hər bir sərhəd şərti anomaliyadan asılı olacaq \(\teta\).Hər biri naməlum olan \({\varvec{\upxi}}}_{n} = \{ \alpha_) qapalı sistemlərin \(N\) dəstləri ilə sərhəd məsələsini tam cəbri məsələyə endirmək üçün {n},{ \mkern 1mu} \beta_{n} {\mkern 1mu} \qamma_{n}, \eta_{n} \}_{n = 0,…,N}\) (\ ( N \ ilə) to \infty \), nəzəri olaraq) və tənliklərin triqonometrik şərtlərdən asılılığını aradan qaldırmaq üçün interfeys şərtləri Legendre çoxhədlilərinin ortoqonallığından istifadə edərək zəif formada yazılır.Xüsusilə, (7)1,2 və (7)3,4 tənliyi \(P_{n} \left( {\cos \theta} \right)\) və \(P_{n}^{ ilə vurulur. 1} \left( { \cos\theta}\right)\) və sonra riyazi eyniliklərdən istifadə edərək \(0\) və \(\pi\) arasında inteqrasiya edin:
Beləliklə, (7) interfeys şərti matris şəklində \({\mathbb{D}}_{n} (a) \cdot {{\varvec{\upxi }} kimi ifadə oluna bilən kvadratik cəbri tənlik sistemini qaytarır. } _{ n} = {\mathbf{q}}_{n} (a)\) və Kramer qaydasını həll etməklə naməlum \({{\varvec{\upxi}}}_{n}\ ) alın.
Sfera tərəfindən səpələnmiş enerji axınını qiymətləndirmək və ev mühitində yayılan səpələnmiş sahəyə dair məlumatlar əsasında onun akustik reaksiyası haqqında məlumat əldə etmək üçün normallaşdırılmış bistatik səpilmə kəsiyi olan akustik kəmiyyət maraq doğurur.Xüsusilə, \(s) ilə işarələnən səpilmə kəsiyi səpələnmiş siqnalın ötürdüyü akustik güclə hadisə dalğasının daşıdığı enerjinin bölünməsi arasındakı nisbəti ifadə edir.Bu baxımdan akustik mexanizmlərin öyrənilməsində tez-tez istifadə olunan kəmiyyət \(\left| {F_{\infty} \left(\theta \right)} \right|^{2}\) forma funksiyasının böyüklüyüdür. maye və ya bərk maddəyə gömülmüş çöküntüdə obyektlərin səpilməsi.Daha dəqiq desək, forma funksiyasının amplitudası, düşən dalğanın yayılma istiqamətində normal ilə fərqlənən vahid sahəyə düşən diferensial səpilmə kəsiyi \(ds\) kimi müəyyən edilir:
burada \(f_{n}^{pp}\) və \(f_{n}^{ps}\) uzununa dalğanın və səpələnmiş dalğanın güclərinin nisbətinə aid olan modal funksiyanı ifadə edir. Qəbuledici mühitdə baş verən P dalğası müvafiq olaraq aşağıdakı ifadələrlə verilir:
Qismən dalğa funksiyaları (10) rezonans səpilmə nəzəriyyəsinə (RST)49,50,51,52 uyğun olaraq müstəqil şəkildə öyrənilə bilər ki, bu da müxtəlif rejimləri öyrənərkən hədəf elastikliyini ümumi boş sahədən ayırmağa imkan verir.Bu metoda əsasən modal forma funksiyası iki bərabər hissənin cəminə parçalana bilər, yəni \(f_{n} = f_{n}^{(res)} + f_{n}^{(b)}\ ) müvafiq olaraq rezonans və qeyri-rezonans fon amplitüdləri ilə bağlıdır.Rezonans rejiminin forma funksiyası hədəfin reaksiyası ilə əlaqədardır, fon isə adətən səpələyicinin forması ilə bağlıdır.Hər bir rejim üçün hədəfin ilk formantını aşkar etmək üçün modal rezonans forması funksiyasının amplitudası \(\left| {f_{n}^{(res)} \left( \theta \right)} \right|\ ) elastik əsas materialda keçilməz kürələrdən ibarət sərt fon fərz edilməklə hesablanır.Bu fərziyyə, ümumiyyətlə, qalıq sıxılma gərginliyi səbəbindən şiş kütləsinin böyüməsi ilə həm sərtliyin, həm də sıxlığın artması ilə əsaslandırılır.Beləliklə, kəskin böyümə səviyyəsində yumşaq toxumalarda inkişaf edən əksər makroskopik bərk şişlər üçün impedans nisbətinin \(\rho_{T} c_{1T} /\rho_{H} c_{1H}\) 1-dən çox olacağı gözlənilir. toxumalar.Məsələn, Krouskop et al.53, prostat toxuması üçün xərçəngin normal moduluna nisbətinin təxminən 4 olduğunu bildirdi, döş toxuması nümunələri üçün isə bu dəyər 20-yə yüksəldi.Bu əlaqələr istər-istəməz toxumanın akustik empedansını dəyişdirir, həmçinin elastoqrafiya analizi54,55,56 ilə nümayiş etdirilir və şiş hiperproliferasiyası nəticəsində yaranan lokallaşdırılmış toxuma qalınlaşması ilə bağlı ola bilər.Bu fərq həmçinin müxtəlif mərhələlərdə yetişdirilmiş döş şişi bloklarının sadə sıxılma testləri ilə eksperimental olaraq müşahidə edilmişdir32 və materialın yenidən qurulması qeyri-xətti böyüyən şişlərin proqnozlaşdırılan çarpaz növ modelləri ilə yaxşı izlənilə bilər43,44.Alınan sərtlik məlumatları \(E_{T} = S\left( {1 – \nu ^{2} } \right)/a\sqrt \ düsturuna uyğun olaraq bərk şişlərin Young modulunun təkamülü ilə birbaşa bağlıdır. varepsilon\ )( Şəkil 1-də göstərildiyi kimi radiusu \(a\), sərtliyi \(S\) və Puasson nisbəti \(\nu\) olan iki sərt lövhə 57 arasında olan kürələr).Beləliklə, müxtəlif böyümə səviyyələrində şişin və ev sahibinin akustik impedans ölçmələrini əldə etmək mümkündür.Xüsusilə, Şəkil 1-də 2 kPa-a bərabər olan normal toxumanın modulu ilə müqayisədə təxminən 500 ilə 1250 mm3 həcm diapazonunda döş şişlərinin elastik modulu təxminən 10 kPa-dan 16 kPa-a qədər artması ilə nəticələndi. hesabat məlumatlarına uyğundur.arayış 58, 59-da məmə toxuması nümunələrində təzyiqin yoxa çıxan prekompressiya ilə 0,25-4 kPa olduğu aşkar edilmişdir.Həmçinin fərz edək ki, demək olar ki, sıxılmayan toxumanın Puasson nisbəti 41,60-dır, yəni həcm artdıqca toxumanın sıxlığı əhəmiyyətli dərəcədə dəyişmir.Xüsusilə, əhalinin orta kütlə sıxlığından \(\rho = 945\,{\text{kg}}\,{\text{m}}^{ – 3}\)61 istifadə olunur.Bu mülahizələrlə sərtlik aşağıdakı ifadədən istifadə edərək fon rejiminə keçə bilər:
Burada naməlum sabit \(\widehat{{{\varvec{\upxi})))_{n} = \{\delta_{n} ,\upsilon_{n} \}\) davamlılıq nəzərə alınmaqla hesablana bilər. qərəz ( 7 )2,4, yəni \(\widehat{{\mathbb{D}}}_{n} (a) \cdot \widehat{({\varvec{\upxi}} cəbri sistemini həll etməklə } } _{n } = \widehat{{\mathbf{q}}}_{n} (a)\) azyaşlıların iştirakı ilə\(\widehat{{\mathbb{D}}}_{n} (a) = \ { { \ mathbb{D}}_{n} (a)\}_{{\{ (1,3),(1,3)\} }}\) və müvafiq sadələşdirilmiş sütun vektoru\(\widehat) { {\mathbf {q}}}_{n} (а)\) tənlikdə (11) əks səpilmə rejimi funksiyasının iki amplitüdünü verir \(\left| {f_{n}^{{). \left( {res} \right)\,pp}} \left( \theta \right)} \right| = \left|{f_{n}^{pp} \left( \theta \right) – f_{ n}^{pp(b)} \left( \theta \right)} \right|\) və \( \left|{f_{n}^{{\left( {res} \sağ)\,ps} } \left( \theta \right)} \right|= \left|{f_{n}^{ps} \left( \theta \right) – f_{n}^{ps(b)} \left( \ teta \right)} \right|\) müvafiq olaraq P dalğasının həyəcanlanmasına və P və S dalğalarının əks olunmasına aiddir.Bundan əlavə, birinci amplituda \(\teta = \pi\), ikinci amplituda isə \(\teta = \pi/4\) kimi qiymətləndirilmişdir.Müxtəlif kompozisiya xüsusiyyətlərini yükləyərək.Şəkil 2, diametri təxminən 15 mm-ə qədər olan şiş sferoidlərinin rezonans xüsusiyyətlərinin əsasən 50-400 kHz tezlik diapazonunda cəmləşdiyini göstərir ki, bu da rezonanslı şiş oyanmasına səbəb olmaq üçün aşağı tezlikli ultrasəsdən istifadənin mümkünlüyünü göstərir.hüceyrələr.Çoxlu.Bu tezlik diapazonunda RST təhlili Şəkil 3-də vurğulanan 1-dən 6-a qədər rejimlər üçün tək rejimli formantları aşkar etdi. Burada həm pp-, həm də ps-səpələnmiş dalğalar çox aşağı tezliklərdə baş verən birinci tipli formantları göstərir. 1 rejimi üçün təxminən 20 kHz ilə n = 6 üçün təxminən 60 kHz, sferanın radiusunda əhəmiyyətli fərq göstərmir.Rezonans funksiyası ps daha sonra çürüyür, böyük amplitudalı pp formantların birləşməsi isə artan rejim sayı ilə daha yüksək tezlik sürüşməsini göstərən təxminən 60 kHz dövriliyi təmin edir.Bütün analizlər Mathematica®62 hesablama proqramından istifadə etməklə aparılmışdır.
Müxtəlif ölçülü döş şişlərinin modulundan əldə edilən geri səpilmə forması funksiyaları Şəkil 1-də göstərilmişdir, burada rejim superpozisiyasını nəzərə alaraq ən yüksək səpilmə zolaqları vurğulanır.
Seçilmiş rejimlərin \(n = 1\) ilə \(n = 6\) arasında rezonansları, müxtəlif şiş ölçülərində P dalğasının həyəcanlanması və əks olunması ilə hesablanır (\(\sol | {f_{ n} ^-dən qara əyrilər) {{\ left( {res} \right)\,pp}} \left( \pi \right)} \right| {f_{n}^{pp} \left ( \pi \ sağ) –. f_{n }^{pp(b)} \left( \pi \right)} \right|\)) və P dalğasının həyəcanlanması və S dalğasının əks olunması (modal forma funksiyası ilə verilən boz əyrilər \( \left | { f_{n }^{{\left( {res} \sağ)\,ps}} \left( {\pi /4} \sağ)} \sağ {f_{n} ^{ ps}. \left( {\pi /4} \right) – f_{n}^{ps(b)} \left( {\pi /4} \sağ)} \sağ |\)).
Uzaq sahənin yayılma şərtlərindən istifadə edərək bu ilkin təhlilin nəticələri mikrovibrasiya gərginliyinin kütləyə təsirini öyrənmək üçün aşağıdakı ədədi simulyasiyalarda sürücüyə məxsus sürücü tezliklərinin seçilməsinə rəhbərlik edə bilər.Nəticələr göstərir ki, optimal tezliklərin kalibrlənməsi şiş böyüməsi zamanı mərhələyə xas ola bilər və toxumaların yenidən qurulmasını düzgün proqnozlaşdırmaq üçün xəstəlik müalicəsində istifadə edilən biomexaniki strategiyaları qurmaq üçün böyümə modellərinin nəticələrindən istifadə etməklə müəyyən edilə bilər.
Nanotexnologiyada əhəmiyyətli irəliləyişlər elmi ictimaiyyəti in vivo tətbiqlər üçün miniatürləşdirilmiş və minimal invaziv tibbi cihazların inkişafı üçün yeni həllər və üsullar tapmağa sövq edir.Bu kontekstdə, LOF texnologiyası optik liflərin imkanlarını genişləndirmək üçün əla qabiliyyət nümayiş etdirərək, həyat elmi tətbiqləri üçün yeni minimal invaziv fiber optik cihazların inkişafına imkan yaradıb21, 63, 64, 65. 2D və 3D materialların inteqrasiyası ideyası nanoölçülü tam məkan nəzarəti ilə optik liflərin 25 və/yaxud 64 uclarında istənilən kimyəvi, bioloji və optik xassələrə malik olması yeni fiber optik nanooptod sinfinin yaranmasına gətirib çıxarır.geniş diaqnostik və müalicəvi funksiyalara malikdir.Maraqlıdır ki, həndəsi və mexaniki xassələrinə (kiçik en kəsiyi, böyük aspekt nisbəti, elastiklik, aşağı çəki) və materialların biouyğunluğuna (adətən şüşə və ya polimerlər) görə optik liflər iynələrə və kateterlərə daxil etmək üçün yaxşı uyğun gəlir.Tibbi tətbiqlər20, “iynə xəstəxanası”na yeni baxış üçün yol açır (Şəkil 4-ə baxın).
Əslində, LOF texnologiyasının verdiyi sərbəstlik dərəcələrinə görə, müxtəlif metal və/yaxud dielektrik materiallardan hazırlanmış mikro və nanostrukturların inteqrasiyasından istifadə etməklə, optik liflər tez-tez rezonans rejiminin həyəcanını dəstəkləyən xüsusi tətbiqlər üçün lazımi şəkildə funksionallaşdırıla bilər., İşıq sahəsi 21 güclü şəkildə yerləşdirilib.Tez-tez kimyəvi və/yaxud bioloji emal63 və ağıllı polimerlər65,66 kimi həssas materialların inteqrasiyası ilə birlikdə dalğa uzunluğu miqyasında işığın saxlanması işıq və maddənin qarşılıqlı təsiri üzərində nəzarəti gücləndirə bilər ki, bu da terapiya məqsədləri üçün faydalı ola bilər.İnteqrasiya edilmiş komponentlərin/materialların növü və ölçüsünün seçimi aşkarlanacaq fiziki, bioloji və ya kimyəvi parametrlərdən asılıdır21,63.
LOF zondlarının bədəndəki xüsusi sahələrə yönəldilmiş tibbi iynələrə inteqrasiyası in vivo olaraq yerli maye və toxuma biopsiyalarına imkan verəcək, eyni zamanda yerli müalicəyə imkan verəcək, yan təsirləri azaldacaq və effektivliyi artıracaq.Potensial imkanlara xərçəng də daxil olmaqla müxtəlif dövran edən biomolekulların aşkarlanması daxildir.biomarkerlər və ya mikroRNA-lar (miRNAs)67, Raman spektroskopiyası (SERS)31 kimi xətti və qeyri-xətti spektroskopiyadan istifadə edərək xərçəngli toxumaların identifikasiyası, yüksək rezolyusiyaya malik fotoakustik görüntüləmə22,28,68, lazer cərrahiyyəsi və ablasyon69 və işıqdan istifadə edərək yerli çatdırılma dərmanları27 və iynələrin insan bədəninə avtomatik yönləndirilməsi20.Qeyd etmək lazımdır ki, optik liflərin istifadəsi elektrik birləşmələrinə ehtiyac və elektromaqnit müdaxiləsinin olması kimi elektron komponentlərə əsaslanan "klassik" metodların tipik çatışmazlıqlarından qaçsa da, bu, müxtəlif LOF sensorlarını effektiv şəkildə birləşdirməyə imkan verir. sistemi.tək tibbi iynə.Çirklənmə, optik müdaxilə, müxtəlif funksiyalar arasında qarşılıqlı əlaqə effektlərinə səbəb olan fiziki maneələr kimi zərərli təsirlərin azaldılmasına xüsusi diqqət yetirilməlidir.Bununla belə, bu da həqiqətdir ki, qeyd olunan funksiyaların çoxunun eyni vaxtda aktiv olması lazım deyil.Bu aspekt ən azı müdaxiləni azaltmağa imkan verir və bununla da hər bir probun işinə və prosedurun düzgünlüyünə mənfi təsiri məhdudlaşdırır.Bu mülahizələr bizə “xəstəxanada iynə” anlayışını həyat elmlərində gələcək nəsil terapevtik iynələr üçün möhkəm təməl qoymaq üçün sadə bir baxış kimi nəzərdən keçirməyə imkan verir.
Bu yazıda müzakirə edilən xüsusi tətbiqə gəldikdə, növbəti hissədə tibbi iynənin öz oxu boyunca yayılmasından istifadə edərək, ultrasəs dalğalarını insan toxumalarına yönəltmək qabiliyyətini rəqəmsal olaraq araşdıracağıq.
Ultrasəs dalğalarının su ilə doldurulmuş və yumşaq toxumalara daxil edilmiş tibbi iynə vasitəsilə yayılması (Şəkil 5a-dakı diaqrama baxın) iynə və toxumanın modelləşdirildiyi sonlu elementlər metodu (FEM)70 əsasında kommersiya Comsol Multiphysics proqram təminatından istifadə etməklə modelləşdirilmişdir. xətti elastik mühit kimi.
Şəkil 5b-yə istinad edərək, iynə tibbi iynələr üçün standart material olan paslanmayan poladdan hazırlanmış içi boş silindr (“kanula” kimi də tanınır) kimi modelləşdirilmişdir71.Xüsusilə, Young modulu E = 205 GPa, Poisson nisbəti ν = 0,28 və sıxlıq ρ = 7850 kq m -372,73 ilə modelləşdirilmişdir.Həndəsi olaraq, iynə uzunluğu L, daxili diametri D (həmçinin "təmizlik" adlanır) və divar qalınlığı t ilə xarakterizə olunur.Bundan əlavə, iynənin ucu uzununa istiqamətə (z) nisbətən α bucaq altında meylli hesab olunur.Suyun həcmi əsasən iynənin daxili hissəsinin formasına uyğundur.Bu ilkin təhlildə iynənin bütün simulyasiyalar zamanı 85 mm-də sabit qalan r radiuslu bir sfera kimi modelləşdirilmiş toxuma bölgəsinə (qeyri-müəyyən müddətə uzanması nəzərdə tutulur) tamamilə batırıldığı güman edilirdi.Daha ətraflı olaraq, sferik bölgəni mükəmməl uyğunlaşdırılmış təbəqə (PML) ilə bitiririk ki, bu da ən azı "xəyali" sərhədlərdən əks olunan arzuolunmaz dalğaları azaldır.Daha sonra sferik sahə sərhədini hesablama həllinə təsir etməmək üçün iynədən kifayət qədər uzaqda yerləşdirmək üçün r radiusunu seçdik və simulyasiyanın hesablama dəyərinə təsir göstərməyəcək qədər kiçik.
Stylus həndəsəsinin aşağı sərhədinə f tezliyinin və A amplitudasının harmonik uzununa sürüşməsi tətbiq edilir;bu vəziyyət simulyasiya edilmiş həndəsəyə tətbiq edilən giriş stimulunu təmsil edir.İğnənin qalan sərhədlərində (toxuma və su ilə təmasda) qəbul edilmiş model iki fiziki hadisə arasında əlaqəni əhatə edir, bunlardan biri struktur mexanika ilə əlaqəli (iynə sahəsi üçün) və digəri isə struktur mexanikasına aiddir.(acicular region üçün), buna görə də müvafiq şərtlər akustikaya qoyulur (su və acicular region üçün)74.Xüsusilə, iynə oturacağına tətbiq olunan kiçik titrəmələr kiçik gərginlik pozğunluqlarına səbəb olur;beləliklə, iynənin elastik mühit kimi davrandığını fərz etsək, yerdəyişmə vektoru U elastodinamik tarazlıq tənliyindən (Navier)75 hesablana bilər.İğnənin struktur rəqsləri onun daxilindəki su təzyiqində dəyişikliklərə səbəb olur (bizim modelimizdə stasionar sayılır), nəticədə səs dalğaları iynənin uzununa istiqamətində yayılır və mahiyyətcə Helmholtz tənliyinə tabe olur76.Nəhayət, toxumalarda qeyri-xətti təsirlərin əhəmiyyətsiz olduğunu və kəsici dalğaların amplitudasının təzyiq dalğalarının amplitudasından çox kiçik olduğunu fərz etsək, Helmholtz tənliyindən yumşaq toxumalarda akustik dalğaların yayılmasını modelləşdirmək üçün də istifadə etmək olar.Bu yaxınlaşmadan sonra toxuma sıxlığı 1000 kq/m3 və səs sürəti 1540 m/s olan maye77 hesab edilir (tezlikdən asılı sönüm təsirləri nəzərə alınmır).Bu iki fiziki sahəni birləşdirmək üçün bərk və mayenin sərhədində normal hərəkətin davamlılığını, bərk cismin sərhədinə perpendikulyar olan təzyiq və gərginlik arasında statik tarazlığı və cismin sərhədində tangensial gərginliyi təmin etmək lazımdır. maye sıfıra bərabər olmalıdır.75.
Təhlillərimizdə iynənin həndəsəsinin toxuma daxilində dalğaların emissiyasına təsirinə diqqət yetirərək, stasionar şəraitdə iynə boyunca akustik dalğaların yayılmasını araşdırırıq.Xüsusilə, biz iynənin daxili diametrinin D, uzunluğu L və əyilmə bucağının α təsirini araşdırdıq, qalınlığı t-ni tədqiq edilən bütün hallar üçün 500 µm-də sabit saxladıq.Bu t dəyəri ticarət iynələri üçün tipik standart divar qalınlığına 71 yaxındır.
Ümumiliyi itirmədən, iynənin bazasına tətbiq edilən harmonik yerdəyişmənin f tezliyi 100 kHz-ə bərabər qəbul edildi və A amplitudası 1 μm idi.Xüsusilə, tezlik 100 kHz olaraq təyin edilmişdir ki, bu da şiş kütlələrinin rezonansa bənzər davranışının aşkar edildiyi "Böyümədən asılı olan ultrasəs tezliklərini qiymətləndirmək üçün sferik şiş kütlələrinin səpilmə təhlili" bölməsində verilmiş analitik qiymətləndirmələrə uyğundur. 50-400 kHz tezlik diapazonu, ən böyük səpilmə amplitudası 100-200 kHz civarında aşağı tezliklərdə cəmlənmişdir (bax. Şəkil 2).
Öyrənilən ilk parametr iynənin daxili diametri D idi.Rahatlıq üçün iynənin boşluğunda akustik dalğa uzunluğunun tam bir hissəsi kimi müəyyən edilir (yəni suda λW = 1,5 mm).Həqiqətən də, verilmiş həndəsə ilə xarakterizə olunan cihazlarda (məsələn, dalğa ötürücüsünde) dalğaların yayılması hadisələri çox vaxt yayılan dalğanın dalğa uzunluğu ilə müqayisədə istifadə olunan həndəsənin xarakterik ölçüsündən asılıdır.Bundan əlavə, birinci analizdə, diametr D-nin iynə vasitəsilə akustik dalğanın yayılmasına təsirini daha yaxşı vurğulamaq üçün, α = 90 ° bucağı təyin edərək, düz bir ucu nəzərdən keçirdik.Bu analiz zamanı iynə uzunluğu L 70 mm-də sabitlənmişdir.
Əncirdə.6a orta səs intensivliyini ölçüsüz miqyaslı SD parametrinin funksiyası kimi göstərir, yəni D = λW/SD müvafiq iynə ucunda mərkəzləşdirilmiş radius 10 mm olan sferada qiymətləndirilmişdir.Ölçəkləmə parametri SD 2 ilə 6 arasında dəyişir, yəni 7,5 mm ilə 2,5 mm arasında dəyişən D dəyərlərini nəzərə alırıq (f = 100 kHz-də).Bu aralığa paslanmayan poladdan tibbi iynələr üçün standart 71 dəyəri də daxildir.Gözlənildiyi kimi, iynənin daxili diametri iynə tərəfindən buraxılan səsin intensivliyinə təsir edir, maksimum dəyər (1030 Vt/m2) D = λW/3-ə (yəni D = 5 mm) uyğundur və azalma tendensiyası azalır. Diametr.Nəzərə almaq lazımdır ki, D diametri tibbi cihazın invazivliyinə də təsir edən həndəsi parametrdir, ona görə də optimal dəyəri seçərkən bu kritik aspekti gözardı etmək olmaz.Buna görə də, D-nin azalması toxumalarda akustik intensivliyin aşağı ötürülməsi səbəbindən baş versə də, aşağıdakı tədqiqatlar üçün diametri D = λW/5, yəni D = 3 mm (f = 100 kHz-də 11G71 standartına uyğundur) , cihazın müdaxiləsi və səs intensivliyinin ötürülməsi (orta hesabla təxminən 450 Vt/m2) arasında ağlabatan kompromis hesab olunur.
İğnənin daxili diametrindən (a), uzunluqdan (b) və əyilmə bucağından α (c) asılı olaraq iynənin ucundan çıxan səsin orta intensivliyi (düz hesab olunur).Uzunluğu (a, c) 90 mm, diametri (b, c) 3 mm-dir.
Təhlil ediləcək növbəti parametr iynənin L uzunluğudur. Əvvəlki nümunə araşdırmasına görə, biz əyri bucağı α = 90° hesab edirik və uzunluq suda dalğa uzunluğunun qatı kimi ölçülür, yəni L = SL λW hesab edirik. .Ölçüsüz miqyaslı SL parametri 3-dən 7-yə dəyişdirilir, beləliklə, 4,5-dən 10,5 mm-ə qədər uzunluq diapazonunda iynə ucu tərəfindən buraxılan səsin orta intensivliyini qiymətləndirir.Bu aralığa kommersiya iynələri üçün tipik dəyərlər daxildir.Nəticələr Şəkildə göstərilmişdir.6b, iynənin uzunluğunun L-nin toxumalarda səs intensivliyinin ötürülməsinə böyük təsir göstərdiyini göstərir.Konkret olaraq, bu parametrin optimallaşdırılması ötürülməni təxminən böyüklük sırası ilə yaxşılaşdırmağa imkan verdi.Əslində, təhlil edilən uzunluq diapazonunda orta səs intensivliyi SL = 4 (yəni, L = 60 mm) olduqda yerli maksimum 3116 Vt/m2 alır, digəri isə SL = 6 (yəni, L = 90) uyğun gəlir. mm).
Silindrik həndəsədə iynənin diametri və uzunluğunun ultrasəsin yayılmasına təsirini təhlil etdikdən sonra biz əyilmə bucağının toxumalarda səs intensivliyinin ötürülməsinə təsirinə diqqət yetirdik.Lifin ucundan çıxan səsin orta intensivliyi onun dəyərini 10°-dən (kəskin ucluq) 90°-yə (düz uc) dəyişdirərək α bucağının funksiyası kimi qiymətləndirilmişdir.Bu vəziyyətdə, iynənin hesab edilən ucu ətrafında birləşdirici sferanın radiusu 20 mm idi ki, bütün α qiymətləri üçün iynənin ucu orta hesabla hesablanan həcmə daxil edildi.
Şəkildə göstərildiyi kimi.6c, ucu kəskinləşdirildikdə, yəni α 90°-dən başlayaraq azaldıqda ötürülən səsin intensivliyi artır, maksimum dəyəri təxminən 1,5 × 105 W/m2 olur, bu da α = 50°-yə uyğun gəlir, yəni, 2. yastı vəziyyətə nisbətən daha yüksək böyüklük sırasıdır.Ucun daha da kəskinləşməsi ilə (yəni, α-da 50 °-dən aşağı), səs intensivliyi azalmağa meyllidir və yastı bir ucla müqayisə edilə bilən dəyərlərə çatır.Bununla belə, simulyasiyalarımız üçün əyilmə bucaqlarının geniş spektrini nəzərdən keçirsək də, iynənin toxumaya daxil edilməsini asanlaşdırmaq üçün ucun itilənməsinin zəruri olduğunu nəzərə almağa dəyər.Əslində, daha kiçik əyilmə bucağı (təxminən 10°) toxumaya nüfuz etmək üçün tələb olunan qüvvəni 78 azalda bilər.
Şəkil 7a (düz uc üçün) və 3b-də (10° üçün) göstərilən səs təzyiqi səviyyəsi qrafiklərində göstərildiyi kimi, toxuma daxilində ötürülən səs intensivliyinin dəyərinə əlavə olaraq əyilmə bucağı dalğaların yayılma istiqamətinə də təsir edir. ).əyilmiş uc), paralel Uzununa istiqamət simmetriya müstəvisində qiymətləndirilir (yz, bax. Şəkil 5).Bu iki mülahizənin ifrat nöqtəsində səs təzyiqi səviyyəsi (1 µPa kimi istinad edilir) əsasən iynə boşluğunda (yəni suda) cəmlənir və toxumaya şüalanır.Daha ətraflı desək, düz ucluq vəziyyətində (şəkil 7a), səs təzyiqi səviyyəsinin paylanması uzununa istiqamətə görə mükəmməl simmetrikdir və bədəni dolduran suda dayanan dalğalar fərqlənə bilər.Dalğa uzununa (z oxu) yönəldilir, amplituda suda maksimum dəyərinə çatır (təxminən 240 dB) və eninə şəkildə azalır, bu da iynənin mərkəzindən 10 mm məsafədə təxminən 20 dB zəifləməyə səbəb olur.Gözlənildiyi kimi, uclu ucun tətbiqi (Şəkil 7b) bu ​​simmetriyanı pozur və dayanan dalğaların antinodları iynənin ucuna uyğun olaraq "yönləndirir".Göründüyü kimi, bu asimmetriya əvvəllər təsvir edildiyi kimi, iynə ucunun şüalanma intensivliyinə təsir göstərir (Şəkil 6c).Bu aspekti daha yaxşı başa düşmək üçün akustik intensivlik iynənin simmetriya müstəvisində yerləşən və iynə ucundan 10 mm məsafədə yerləşən iynənin uzununa istiqamətinə ortoqonal kəsilmiş xətt boyunca qiymətləndirildi ( nəticələr Şəkil 7c).Daha dəqiq desək, 10°, 20° və 30° əyilmə bucaqlarında (müvafiq olaraq mavi, qırmızı və yaşıl bərk xətlər) qiymətləndirilən səs intensivliyinin paylanması düz ucun yaxınlığındakı paylama ilə (qara nöqtəli əyrilər) müqayisə edilmişdir.Düz uclu iynələrlə əlaqəli intensivliyin paylanması iynənin mərkəzinə nisbətən simmetrik görünür.Xüsusilə, mərkəzdə təxminən 1420 Vt/m2 dəyər alır, ~8 mm məsafədə təxminən 300 Vt/m2 daşqın olur və sonra ~30 mm-də təxminən 170 Vt/m2 dəyərə qədər azalır. .Ucu işarələndikcə, mərkəzi lob müxtəlif intensivlikdə daha çox loba bölünür.Daha dəqiq desək, α 30° olduqda, iynənin ucundan 1 mm məsafədə ölçülən profildə üç ləçək aydın şəkildə fərqlənə bilərdi.Mərkəzi, demək olar ki, iynənin mərkəzindədir və təxmini dəyəri 1850 Vt / m2, sağda isə daha yüksək olan mərkəzdən təxminən 19 mm məsafədədir və 2625 Vt / m2-ə çatır.α = 20°-də 2 əsas lob var: 1785 Vt/m2-də -12 mm-dən biri və 1524 Vt/m2-də 14 mm-dən biri.Ucu kəskinləşdikdə və bucaq 10 °-ə çatdıqda, təxminən -20 mm-də maksimum 817 W/m2 əldə edilir və profil boyunca bir az daha az intensivlikdə daha üç lob görünür.
Düz ucu (a) və 10° əyilmə (b) olan iynənin y–z simmetriya müstəvisində səs təzyiqinin səviyyəsi.(c) iynənin ucundan 10 mm məsafədə və yz simmetriya müstəvisində uzanan iynənin uzununa istiqamətinə perpendikulyar olan kəsik xətti boyunca təxmin edilən akustik intensivliyin paylanması.Uzunluğu L 70 mm, diametri D 3 mm-dir.
Birlikdə götürüldükdə, bu nəticələr göstərir ki, tibbi iynələr 100 kHz tezliyində ultrasəsin yumşaq toxumalara ötürülməsi üçün effektiv şəkildə istifadə edilə bilər.Çıxan səsin intensivliyi iynənin həndəsəsindən asılıdır və 1000 Vt/m2 (10 mm-də) diapazonunda olan dəyərlərə qədər optimallaşdırıla bilər (son cihazın invazivliyi ilə qoyulan məhdudiyyətlərə əsasən).iynənin dibinə tətbiq edilir 1. Mikrometr ofset vəziyyətində iynə sonsuz uzanan yumşaq toxumaya tam daxil edilmiş hesab olunur.Xüsusilə, əyilmə bucağı toxumada səs dalğalarının yayılmasının intensivliyinə və istiqamətinə güclü təsir göstərir ki, bu da ilk növbədə iynə ucunun kəsilməsinin ortoqonallığına gətirib çıxarır.
Qeyri-invaziv tibbi üsulların istifadəsinə əsaslanan yeni şiş müalicəsi strategiyalarının inkişafını dəstəkləmək üçün şiş mühitində aşağı tezlikli ultrasəsin yayılması analitik və hesablama üsulu ilə təhlil edilmişdir.Xüsusilə, tədqiqatın birinci hissəsində müvəqqəti elastodinamik məhlul, kütlənin tezlik həssaslığını öyrənmək üçün məlum ölçülü və sərtliyə malik bərk şiş sferoidlərində ultrasəs dalğalarının səpilməsini öyrənməyə imkan verdi.Daha sonra yüzlərlə kiloherts sıralı tezliklər seçildi və tibbi iynə ötürücüsünün köməyi ilə şiş mühitində vibrasiya gərginliyinin lokal tətbiqi akustik dalğanın ötürülməsini müəyyən edən əsas dizayn parametrlərinin təsirini öyrənməklə ədədi simulyasiyada modelləşdirildi. alətin ətraf mühitə gücü.Nəticələr göstərir ki, tibbi iynələr toxumaları ultrasəslə şüalandırmaq üçün effektiv şəkildə istifadə edilə bilər və onun intensivliyi iynənin işçi akustik dalğa uzunluğu adlanan həndəsi parametri ilə sıx bağlıdır.Əslində, toxuma vasitəsilə şüalanmanın intensivliyi iynənin daxili diametrinin artması ilə artır, diametri dalğa uzunluğundan üç dəfə çox olduqda maksimuma çatır.İğnənin uzunluğu həmçinin ekspozisiyanı optimallaşdırmaq üçün müəyyən dərəcədə sərbəstlik təmin edir.Sonuncu nəticə, həqiqətən, iynə uzunluğu əməliyyat dalğasının müəyyən bir qatına (xüsusilə 4 və 6) təyin edildikdə maksimuma çatır.Maraqlıdır ki, maraq dairəsi üçün optimallaşdırılmış diametr və uzunluq dəyərləri standart kommersiya iynələri üçün istifadə olunanlara yaxındır.İğnənin kəskinliyini təyin edən əyilmə bucağı da emissiyaya təsir göstərir, təxminən 50 ° zirvəyə çatır və kommersiya iynələri üçün adətən istifadə edilən təxminən 10 ° yaxşı performans təmin edir..Simulyasiya nəticələri xəstəxananın intraneedle diaqnostik platformasının tətbiqi və optimallaşdırılması, diaqnostik və terapevtik ultrasəsin digər cihazdaxili terapevtik həllər ilə inteqrasiyası və birgə dəqiq tibb müdaxilələrinin həyata keçirilməsi üçün istifadə ediləcək.
Koenig IR, Fuchs O, Hansen G, von Mutius E. and Kopp MV Dəqiq tibb nədir?Avro, xarici.Jurnal 50, 1700391 (2017).
Collins, FS və Varmus, H. Dəqiq tibbdə yeni təşəbbüslər.N. eng.J. Tibb.372, 793–795 (2015).
Hsu, W., Markey, MK və Wang, MD.Dəqiq Tibb Erasında Biotibbi Görüntüləmə İnformatikası: Nailiyyətlər, Problemlər və İmkanlar.Mürəbbə.dərman.məlumat vermək.Dosent.20(6), 1010–1013 (2013).
Garraway, LA, Verweij, J. & Ballman, KV Precision oncology: bir baxış.J. Klinik.Oncol.31, 1803–1805 (2013).
Wiwatchaitawee, K., Quarterman, J., Geary, S. və Salem, A. Nanohissəciklərə əsaslanan çatdırılma sistemindən istifadə edərək glioblastoma (GBM) terapiyasının təkmilləşdirilməsi.AAPS PharmSciTech 22, 71 (2021).
Aldape K, Zadeh G, Mansouri S, Reifenberger G və von Daimling A. Glioblastoma: patoloji, molekulyar mexanizmlər və markerlər.Akta nevropatologiyası.129(6), 829–848 (2015).
Bush, NAO, Chang, SM və Berger, MS Glioma müalicəsi üçün cari və gələcək strategiyalar.neyrocərrahiyyə.Ed.40, 1–14 (2017).