Eskerrik asko Nature.com bisitatzeagatik.CSS laguntza mugatua duen arakatzailearen bertsioa erabiltzen ari zara.Esperientzia onena lortzeko, eguneratutako arakatzailea erabiltzea gomendatzen dugu (edo Internet Explorer-en bateragarritasun modua desgaitzea).Horrez gain, etengabeko laguntza bermatzeko, gunea estilorik eta JavaScript gabe erakusten dugu.
Diapositiba bakoitzeko hiru artikulu erakusten dituzten graduatzaileak.Erabili atzeko eta hurrengo botoiak diapositibetan zehar mugitzeko, edo amaierako diapositiba kontroladorearen botoiak diapositiba bakoitzean mugitzeko.
Fisikaren eta bizi-zientzien diziplinarteko elkargunean oinarrituta, doitasun-medikuntzan oinarritutako estrategia diagnostiko eta terapeutikoek arreta handia erakarri dute azkenaldian ingeniaritza-metodo berriek medikuntza alor askotan, batez ere onkologian, duten aplikagarritasun praktikoagatik.Esparru horretan, tumoreetako minbizi-zelulei erasotzeko ultrasoinuen erabilerak hainbat eskalatan kalte mekaniko posibleak eragiteko gero eta arreta handiagoa erakartzen du mundu osoko zientzialarien artean.Faktore hauek kontuan hartuta, denbora elastodinamikoko soluzioetan eta zenbakizko simulazioetan oinarrituta, ultrasoinuen hedapena ehunetan ordenagailu bidezko simulazioaren aurretiazko azterketa aurkezten dugu, irradiazio lokalaren bidez maiztasun eta potentzia egokiak aukeratzeko.Laborategiko On-Fiber teknologiarako diagnostiko plataforma berria, ospitaleko orratza izenekoa eta dagoeneko patentatua.Uste da analisiaren emaitzek eta erlazionatutako ikuspuntu biofisikoek etorkizunean fisikaren arloetatik abiatuta zehaztasun-medikuntzaren aplikazioan zeregin nagusia izan dezaketen ikuspegi diagnostiko eta terapeutiko integratu berrietarako bidea ireki dezaketela.Biologiaren arteko sinergia gero eta handiagoa hasten da .
Aplikazio kliniko ugariren optimizazioarekin, pixkanaka gaixoen albo-ondorioak murrizteko beharra azaleratzen hasi zen.Horretarako, doitasun medikuntza1, 2, 3, 4, 5 helburu estrategiko bihurtu da pazienteei ematen zaizkien sendagaien dosia murrizteko, funtsean bi ikuspegi nagusi jarraituz.Lehenengoa pazientearen profil genomikoaren arabera diseinatutako tratamendu batean oinarritzen da.Bigarrenak, onkologian urrezko estandarra bihurtzen ari dena, sendagaiak emateko prozedura sistemikoak saihestea du helburu, sendagai kopuru txiki bat askatzen saiatuz, eta, aldi berean, tokiko terapiaren bidez zehaztasuna areagotuz.Azken helburua ikuspegi terapeutiko askoren ondorio negatiboak ezabatzea edo gutxienez murriztea da, hala nola kimioterapia edo erradionukleidoen administrazio sistemikoa.Minbizi motaren, kokapenaren, erradiazio-dosiaren eta beste faktore batzuen arabera, erradioterapiak ere arrisku handia izan dezake ehun osasuntsuarentzat.Glioblastomaren tratamenduan6,7,8,9 kirurgiak ondo kentzen du azpiko minbizia, baina metastasirik ezean ere, minbizi-infiltratu txiki asko egon daitezke.Erabat kentzen ez badira, minbizi-masa berriak hazi daitezke denbora epe laburrean.Testuinguru honetan, aipatutako doitasun-medikuntzako estrategiak aplikatzea zaila da, infiltrazio horiek detektatzeko eta eremu handi batean zabaltzeko zailak direlako.Oztopo horiek behin betiko emaitzak saihesten dituzte doitasun-medikuntzarekin errepikapena saihesteko, beraz, entrega-metodo sistemikoak hobesten dira kasu batzuetan, nahiz eta erabiltzen diren sendagaiek toxikotasun-maila oso altua izan dezaketen.Arazo hori gainditzeko, tratamenduaren ikuspegi aproposa litzateke minbizi-zelulei modu selektiboan eraso diezaieketen estrategia gutxi inbaditzaileak erabiltzea ehun osasuntsurik eragin gabe.Argudio horren harira, ultrasoinu-bibrazioen erabilera, zelula minbizi eta osasuntsuetan modu ezberdinean eragiten dutela frogatu dena, bai sistema zelulabakarrak bai mesoeskalako multzo heterogeneoetan, irtenbide posible bat dirudi.
Ikuspegi mekanikotik, zelula osasuntsu eta minbizidunek erresonantzia-maiztasun natural desberdinak dituzte.Propietate hau minbizi-zelulen zitoeskeleto-egituraren propietate mekanikoen aldaketa onkogenikoekin lotuta dago12,13, tumore-zelulak, batez beste, zelula normalak baino deformagarriagoak diren bitartean.Horrela, estimulaziorako ultrasoinuen maiztasunaren aukera optimoarekin, hautatutako eremuetan eragindako bibrazioek minbizi-egitura bizidunetan kalteak eragin ditzakete, ostalariaren ingurune osasuntsuaren gaineko eragina minimizatuz.Oraindik guztiz ulertzen ez diren efektu horien artean egon daitezke estruktura-osagai zelular batzuen suntsipena ultrasoinuek eragindako maiztasun handiko bibrazioen ondorioz (printzipioz litotripsiaren oso antzekoa14) eta neke mekanikoaren antzeko fenomeno baten ondoriozko kalte zelularra, eta horrek egitura zelularra alda dezake. .programazioa eta mekanobiologia.Irtenbide teoriko hau oso egokia dela dirudien arren, tamalez ezin da erabili egitura biologiko anekoikoek ultrasoinuak zuzenean aplikatzea eragozten duten kasuetan, adibidez, garezurreko aplikazioetan hezurren presentziagatik, eta bularreko tumore-masa batzuk adipoetan kokatzen diren kasuetan. ehuna.Atenuazioak efektu terapeutiko potentzialaren gunea mugatu dezake.Arazo horiek gainditzeko, ultrasoinuak lokalean aplikatu behar dira bereziki diseinatutako transduktoreekin, irradiatutako gunera ahalik eta modu inbaditzaileenean hel daitezkeen.Hori kontuan hartuta, “orratz ospitalea” izeneko plataforma teknologiko berritzaile bat sortzeko aukerarekin lotutako ideiak erabiltzeko aukera planteatu genuen15."Ospitalea Orratzean" kontzeptuak aplikazio diagnostiko eta terapeutikoetarako gutxieneko inbaditzailea den tresna medikoa garatzea dakar, orratz mediko batean hainbat funtzio konbinatzean oinarrituta.Ospitaleko orratzaren atalean zehatzago azaldu den bezala, gailu trinko hau 16, 17, 18, 19, 20, 21 zuntz optikoko zundaren abantailetan oinarritzen da nagusiki, zeinak, ezaugarriengatik, egokiak diren 20 estandarretan txertatzeko. mediku orratzak, 22 lumen.Lab-on-Fiber (LOF)23 teknologiak eskaintzen duen malgutasuna aprobetxatuz, zuntza diagnostiko eta terapeutiko gailu miniaturizatu eta erabiltzeko prest dauden plataforma paregabea bihurtzen ari da, fluidoen biopsia eta ehunen biopsia gailuetarako.detekzio biomolekularrean24,25, argiz gidatutako sendagaien tokiko banaketa26,27, zehaztasun handiko tokiko ultrasoinu irudiak28, terapia termikoa29,30 eta espektroskopia bidezko minbizi-ehunen identifikazioa31.Kontzeptu honen baitan, “ospitaleko orratz” gailuan oinarritutako lokalizazio-ikuspegia erabiliz, egoiliarren egitura biologikoen estimulazio lokala optimizatzeko aukera ikertzen dugu, ultrasoinu-uhinen hedapena erabiliz, interes-eskualdearen barruan ultrasoinu-uhinak kitzikatzeko..Horrela, intentsitate baxuko ultrasoinu terapeutikoak zuzenean aplika daitezke arrisku-eremuan zelulak sonikatzeko eta ehun bigunetako formazio solido txikietarako inbaditzaile minimoarekin, aipatutako garezurreko kirurgiaren kasuan bezala, burezurreko zulo txiki bat sartu behar da. orratz.Ultrasoinuek zenbait minbiziren garapena geldiarazi edo atzeratu dezaketela iradokitzen duten azken emaitza teoriko eta esperimentaletan inspiratuta,32,33,34 proposatutako hurbilketak lagun dezake, printzipioz behintzat, efektu oldarkorren eta sendagarrien arteko truke gakoei aurre egiten.Gogoeta hauek kontuan hartuta, lan honetan, minbiziaren aurkako ultrasoinu terapia minimo inbaditzaileak egiteko ospitaleko orratz-gailu bat erabiltzeko aukera ikertzen dugu.Zehatzago esanda, Hazkundearen araberako Ultrasoinu Maiztasuna Estimatzeko Tumore Masa Esferikoen Sakabanatze Analisia atalean, ondo finkatutako metodo elastodinamikoak eta sakabanaketa akustikoko teoria erabiltzen ditugu euskarri elastiko batean hazitako tumore solido esferikoen tamaina aurreikusteko.tumorearen eta ostalariaren ehunen artean gertatzen den zurruntasuna, materialaren hazkuntzak eragindako birmoldaketaren ondorioz.Gure sistema deskribatu ondoren, “Ospitalea Orratza” atalean deitzen duguna, “Ospitalea Orratza” atalean, ultrasoinu-uhinen hedapena aztertuko dugu orratz medikoen bidez aurreikusitako maiztasunetan eta haien zenbakizko ereduak ingurunea irradiatzen du aztertzeko. parametro geometriko nagusiak (benetako barne-diametroa, orratzaren luzera eta zorroztasuna), tresnaren potentzia akustikoaren transmisioan eragina dutenak.Doitasun medikuntzarako ingeniaritza estrategia berriak garatzeko beharra ikusita, uste da proposatutako azterketak minbiziaren tratamendurako tresna berri bat garatzen lagun dezakeela, ultrasoinuak beste irtenbide batzuekin integratzen dituen plataforma teragnostiko integratuaren bidez emandako ultrasoinuen erabileran oinarrituta.Konbinatuta, hala nola, sendagaien banaketa zuzendua eta denbora errealeko diagnostikoak orratz bakar baten barruan.
Ultrasoinu (ultrasoinu) estimulazioa erabiliz tumore solido lokalizatuen tratamendurako estrategia mekanikoak eskaintzearen eraginkortasuna izan da intentsitate baxuko ultrasoinu bibrazioek zelula bakarreko sistemetan duten eragina teorikoki eta esperimentalki jorratzen duten hainbat artikuluren helburua 10, 11, 12. , 32, 33, 34, 35, 36 Eredu biskoelastikoak erabiliz, hainbat ikertzailek analitikoki frogatu dute tumoreek eta zelula osasuntsuek maiztasun-erantzun desberdinak erakusten dituztela AEBko 10,11,12 tartean.Emaitza honek iradokitzen du, printzipioz, ostalariaren ingurunea gordetzen duten estimulu mekanikoek selektiboan eraso ditzaketela tumore-zelulak.Jokabide hori, kasu gehienetan, tumore-zelulak zelula osasuntsuak baino malguagoagoak direlako froga gakoen ondorio zuzena da, seguru asko ugaltzeko eta migratzeko duten gaitasuna hobetzeko37,38,39,40.Zelula bakarreko ereduekin lortutako emaitzetatik abiatuta, adibidez, mikroeskalan, minbizi-zelulen selektibitatea mesoeskalan ere frogatu da zelula agregatu heterogeneoen erantzun harmonikoen zenbakizko ikerketen bidez.Minbizi-zelulen eta zelula osasuntsuen ehuneko desberdina eskainiz, ehunka mikrometroko agregatu zelulanitzak eraiki ziren hierarkikoki.Agregatu horien messolen mailan, zelula bakarren portaera mekanikoa ezaugarritzen duten egitura-elementu nagusien ezarpen zuzenaren ondorioz interesgarri diren ezaugarri mikroskopiko batzuk gordetzen dira.Bereziki, zelula bakoitzak tensegrity-n oinarritutako arkitektura bat erabiltzen du aurretensatutako hainbat zitoeskeleto-egituraren erantzuna imitatzeko, eta horrela haien zurruntasun orokorra eragiten du12,13.Aurreko literaturako iragarpen teorikoek eta in vitro esperimentuek emaitza pozgarriak eman dituzte, tumore-masen intentsitate baxuko ultrasoinu terapeutikoarekiko (LITUS) sentsibilitatea aztertzeko beharra adieraziz, eta tumore-masen irradiazio-maiztasunaren ebaluazioa funtsezkoa da.kokatu LITUS tokian bertan aplikatzeko.
Hala ere, ehunen mailan, osagai indibidualaren deskribapen azpimakroskopikoa galtzen da ezinbestean, eta tumore-ehunaren propietateak metodo sekuentzialak erabiliz jarrai daitezke masa-hazkundea eta estresak eragindako birmoldatze-prozesuak jarraitzeko, efektu makroskopikoak kontuan hartuta. hazkundea.-ehunen elastikotasunean eragindako aldaketak 41,42 eskalan.Izan ere, sistema zelulabakarrak eta agregatuak ez bezala, tumore-masa solidoek ehun bigunetan hazten dira, hondar-tentsio aberranteak pixkanaka-pixkanaka metatzen direlako, propietate mekaniko naturalak aldatzen baitituzte zurruntasun barneko zurruntasunaren gehikuntzaren ondorioz, eta tumore-esklerosia sarritan faktore erabakigarria bihurtzen da. tumoreen detekzioa.
Gogoeta hauek kontuan hartuta, hemen ehun-ingurune normal batean hazten diren inklusio esferiko elastiko gisa modelatutako tumore-esferoideen erantzun sonodinamikoa aztertzen dugu.Zehatzago esanda, tumorearen faseari lotutako propietate elastikoak zehaztu ziren autore batzuek aurreko lanetan lortutako emaitza teoriko eta esperimentaletan oinarrituta.Horien artean, euskarri heterogeneoetan in vivo hazitako tumore-esferoide solidoen bilakaera aztertu da 41,43,44 eredu mekaniko ez-linealak aplikatuz, espezieen arteko dinamikarekin konbinatuta, tumore-masen eta lotutako estres tumoralen garapena aurreikusteko.Arestian esan bezala, hazkuntzak (adibidez, aurrestretxaketa ez-elastikoa) eta hondar-tentsioak tumore-materialaren propietateen birmoldaketa progresiboa eragiten dute, eta, ondorioz, erantzun akustikoa ere aldatzen dute.Kontuan izan behar da erref.41 tumoreetan hazkundearen eta estres solidoaren koeboluzioa frogatu da animalia-ereduetako kanpaina esperimentaletan.Hain zuzen ere, fase desberdinetan erresekatutako bularreko tumore-masen zurruntasunaren zurruntasuna alderatuz gero, antzeko baldintzak in silico erreproduzituz dimentsio bereko elementu finitu esferikoen eredu batean eta aurreikusitako hondar-tentsio-eremua kontuan hartuta, proposatutako metodoa berretsi du. ereduaren baliozkotasuna..Lan honetan, aurretik lortutako emaitza teoriko eta esperimentalak garatutako estrategia terapeutiko berri bat garatzeko erabiltzen dira.Bereziki, eboluzio-erresistentzia-propietateekin dagozkion eboluzio-erresistentzia-propietateekin aurreikusitako tamainak kalkulatu ziren hemen, eta horrela erabili ziren ostalari-ingurunean txertatutako tumore-masak sentikorragoak diren maiztasun-tarteak kalkulatzeko.Horretarako, tumore-masaren portaera dinamikoa ikertu dugu fase ezberdinetan, fase ezberdinetan hartuta, ultrasoinu-estimuluei erantzunez sakabanatzearen printzipio orokorrean onartutako adierazle akustikoak kontuan hartuz eta esferoidearen erresonantzia-fenomeno posibleak nabarmenduz. .tumorearen eta ostalariaren arabera Ehunen arteko zurruntasunaren hazkundearen araberako desberdintasunak.
Horrela, tumore-masak erradioko \(a\) esfera elastiko gisa modelatu ziren ostalariaren inguruko ingurune elastikoan, egitura gaizto handiak forma esferikoetan in situ nola hazten diren erakusten duten datu esperimentaletan oinarrituta.1. Irudiari erreferentzia eginez, \(\{ r,\theta ,\varphi \}\) koordenatu esferikoak erabiliz (non \(\theta\) eta \(\varphi\) angelu anomalia eta angelu azimutala adierazten duten hurrenez hurren), tumore-domeinuak espazio osasuntsuan txertatutako Eskualdea okupatzen du \({\mathcal {V}}_{T}=\{ (r,\theta ,\varphi ):r\le a\}\) eskualde mugagabea \({\mathcal { V} }_{H} = \{ (r,\theta,\varphi):r > a\}\).Informazio osagarria (SI) erreferentziatzat hartuta, literatura askotan adierazitako oinarri elastodinamiko ondo finkatuan oinarritutako eredu matematikoaren deskribapen osoa lortzeko45,46,47,48, hemen oszilazio axisimetrikoko modua ezaugarritzen duen arazo bat hartuko dugu kontuan.Suposizio honek adierazten du tumorearen eta eremu osasuntsuen barruko aldagai guztiak \(\varphi\) koordenatu azimutaletik independenteak direla eta norabide horretan ez dela distortsiorik gertatzen.Ondorioz, desplazamendu eta tentsio eremuak bi potentzial eskalarretatik lor daitezke \(\phi = \hat{\phi}\left({r,\theta} \right)e^{{ – i \omega {\kern 1pt } t }}\) eta \(\chi = \hat{\chi }\left({r,\theta } \right)e^{{ – i\omega {\kern 1pt} t }}\), hauek dira hurrenez hurren, luzetarako uhinarekin eta ebakidura-uhin batekin erlazionatuta, \(\theta \) uhin intzidentearen eta posizio-bektorea \({\mathbf {x))\) arteko kointzidentzia-denbora eta angelua ( 1. irudian ikusten den bezala eta \(\omega = 2\pi f\) maiztasun angeluarra adierazten du.Bereziki, eremu intzidentearen \(\phi_{H}^{(in)}\) (SI sisteman ere sartua, (A.9) ekuazioan) gorputzaren bolumenera hedatzen den uhin planoaren bidez modelatzen da. lege-adierazpenaren arabera
non \(\phi_{0}\) anplitude-parametroa den.Uhin plano intzidente baten (1) hedapen esferikoa uhin-funtzio esferikoa erabiliz argumentu estandarra da:
Non \(j_{n}\) \(n\) lehen ordenako Bessel-en funtzio esferikoa den eta \(P_{n}\) Legendre-ren polinomioa den.Inbertsio-esferaren uhin intzidentearen zati bat inguruko medioan barreiatzen da eta eremu intzidenteari gainjartzen zaio, eta beste zatia esferaren barruan sakabanatuta dago, haren bibrazioari lagunduz.Horretarako, \(\nabla^{2} \hat{\phi } + k_{1}^{2} {\mkern 1mu} \hat{\phi } = 0\,\ uhin-ekuazioaren soluzio harmonikoak. ) eta \ (\ nabla^{2} {\mkern 1mu} \hat{\chi } + k_{2}^{2} \hat{\chi } = 0\), adibidez Eringen45-ek emandakoa (ikus SI ere ) tumorea eta eremu osasuntsuak adieraz ditzake.Bereziki, hedapen-uhin sakabanatuak eta uhin isobolumikoek \(H\) ostalari ertainean sortutako uhin isobolumikoak beren energia potentzialak onartzen dituzte:
Horien artean, lehen motako \(h_{n}^{(1)}\) Hankel funtzio esferikoa erabiltzen da irteerako uhin sakabanatua kontuan hartzeko, eta \(\alpha_{n}\) eta \(\beta_{ n}\ ) ezezagunak diren koefizienteak dira.ekuazioan.(2)-(4) ekuazioetan, \(k_{H1}\) eta \(k_{H2}\) terminoek gorputzaren eremu nagusian arrarotasun eta zeharkako uhinen uhin-kopuruak adierazten dituzte, hurrenez hurren ( ikusi SI).Tumorearen barneko konpresio-eremuek eta desplazamenduek forma dute
Non \(k_{T1}\) eta \(k_{T2}\) tumore-eskualdeko luzetarako eta zeharkako uhin-zenbakiak adierazten dituzten eta koefiziente ezezagunak \(\gamma_{n} {\mkern 1mu}\) direnean, \(\ eta_{n} {\mkern 1mu}\).Emaitza hauetan oinarrituta, zero ez diren desplazamendu erradialak eta zirkunferentzialak kontuan hartutako arazoaren eskualde osasuntsuen ezaugarriak dira, hala nola \(u_{Hr}\) eta \(u_{H\theta}\) (\(u_{ H\ varphi }\ ) simetria-suposizioa jada ez da beharrezkoa) — \(u_{Hr} = \partial_{r} \left( {\phi + \partial_{r} (r\chi)) erlaziotik lor daiteke } \right) + k_}^{2 } {\mkern 1mu} r\chi\) eta \(u_{H\theta} = r^{- 1} \partzial_{\theta} \left({\phi + \partzial_{r } ( r\chi ) } \right)\) \(\phi = \phi_{H}^{(in)} + \phi_{H}^{(s)}\) eta \ (\chi = \chi_ {H}^ {(s)}\) (ikus SI deribazio matematiko zehatza).Era berean, \(\phi = \phi_{T}^{(s)}\) eta \(\chi = \chi_{T}^{(s)}\) ordezkatuz {Tr} = \partial_{r} itzultzen da \left( {\phi + \partial_{r} (r\chi)} \right) + k_{T2}^{2} {\mkern 1mu} r\chi\) eta \(u_{T\theta} = r^{-1}\partziala _{\theta }\left({\phi +\partial_{r}(r\chi )}\right)\).
(Ezkerrean) Ingurune osasuntsu batean hazitako tumore esferiko baten geometria, zeinaren bidez eremu intzidente bat hedatzen den, (eskuinean) Tumore-ostalariaren zurruntasun erlazioaren bilakaera dagokion tumore-erradioaren arabera, jakinarazitako datuak (Carotenuto et al. 41-tik egokitua) konpresio testetatik vitro MDA-MB-231 zelulekin inokulatutako bularreko tumore solidoetatik lortu ziren.
Material elastiko eta isotropiko linealak suposatuz, osasuntsu eta tumore-eskualdeetako tentsio ez-zero osagaiek, hau da, \(\sigma_{Hpq}\) eta \(\sigma_{Tpq}\), Hooke-ren lege orokortua betetzen dute, kontuan hartuta Lamé modulu desberdinak dira, ostalariaren eta tumorearen elastikotasuna ezaugarritzen dutenak, \(\{ \mu_{H},\,\lambda_{H} \}\) eta \(\{ \mu_{T},\, \lambda_ gisa adierazita). {T} \ }\) (ikus (A.11) ekuazioa SIn adierazten diren tentsio-osagaien adierazpen osoa ikusteko).Bereziki, 41. erreferentziako datuen arabera eta 1. irudian aurkeztutako datuen arabera, hazten diren tumoreek ehunen elastikotasunaren konstanteen aldaketa erakutsi zuten.Horrela, ostalariaren eta tumore-eskualdeetako desplazamenduak eta tentsioak guztiz zehazten dira konstante ezezagun multzo bateraino \({{ \varvec{\upxi}}}_{n} = \{ \alpha_{n} ,{\mkern 1mu } \ beta_{ n} {\mkern 1mu} \gamma_{n} ,\eta_{n} \}\ ) teorikoki dimentsio infinituak ditu.Koefiziente-bektore hauek aurkitzeko, tumorearen eta eremu osasuntsuen arteko interfaze eta muga-baldintza egokiak sartzen dira.Tumore-ostalariaren interfazean \(r = a\) lotura perfektua suposatuz, desplazamenduen eta tentsioen jarraitutasunak baldintza hauek behar ditu:
(7) sistemak soluzio infinitudun ekuazio-sistema bat osatzen du.Gainera, muga-baldintza bakoitza \(\theta\) anomaliaren araberakoa izango da.Muga-balioaren problema \(N\) sistema itxien multzoekin problema aljebraiko oso batera murrizteko, horietako bakoitza \({{\varvec{\upxi}}}_{n} = \{ \alpha_ ezezagunean dagoena). {n},{ \mkern 1mu} \beta_{n} {\mkern 1mu} \gamma_{n}, \eta_{n} \}_{n = 0,…,N}\) (\ ( N \ \infty \), teorikoki), eta ekuazioak termino trigonometrikoekiko duten menpekotasuna kentzeko, interfaze-baldintzak forma ahulean idazten dira Legendre-ren polinomioen ortogonalitatea erabiliz.Bereziki, (7)1,2 eta (7)3,4 ekuazioak \(P_{n} \left( {\cos \theta} \right)\) eta \(P_{n}^{) biderkatzen dira. 1} \left( { \cos\theta}\right)\) eta gero integratu \(0\) eta \(\pi\) artean identitate matematikoak erabiliz:
Beraz, (7) interfaze-baldintzak ekuazio-sistema aljebraiko koadratiko bat ematen du, matrize moduan adieraz daitekeena \({\mathbb{D}}_{n} (a) \cdot {{\varvec{\upxi }} } _{ n} = {\mathbf{q}}_{n} (a)\) eta lortu \({{\varvec{\upxi}}}_{n}\ ) ezezaguna Cramerren erregela ebatziz.
Esferak sakabanatutako energia-fluxua kalkulatzeko eta bere erantzun akustikoari buruzko informazioa lortzeko, ostalari-euskarrian hedatzen den eremu barreiatuaren datuetan oinarrituta, kantitate akustiko bat da interesgarria, hau da, sakabanatze bistatiko normalizatuko sekzio gurutzatua.Bereziki, sakabanaketa zeharkako sekzioak, \(s) adierazitakoak, sakabanatuta dagoen seinaleak transmititzen duen potentzia akustikoa eta uhin intzidenteak daraman energiaren zatiketaren arteko erlazioa adierazten du.Zentzu honetan, \(\left| {F_{\infty} \left(\theta \right)} \right|^{2}\) forma funtzioaren magnitudea mekanismo akustikoen azterketan maiz erabiltzen den kantitatea da. likido edo solido batean txertatuta Objektuak sedimentuan barreiatuta.Zehazkiago, forma-funtzioaren anplitudea sakabanatze-sekzio diferentziala \(ds\) azalera unitateko \(ds\) gisa definitzen da, hau da, uhin gorabeheratsuaren hedapen-norabidearen normalaren arabera desberdina dena:
non \(f_{n}^{pp}\) eta \(f_{n}^{ps}\) funtzio modala adierazten duten, luzetarako uhinaren eta sakabanatutako uhinaren potentziaren erlazioari dagokiona. euskarri hartzailearen P-uhin intzidenteak, hurrenez hurren, adierazpen hauekin ematen dira:
Uhin-funtzio partzialak (10) modu independentean azter daitezke erresonantzia-dispertsioaren teoriaren (RST)49,50,51,52-aren arabera, eta horrek aukera ematen du xede-elastikotasuna galdu-eremu osotik bereiztea modu desberdinak aztertzean.Metodo honen arabera, forma modalaren funtzioa bi zati berdinen batura batean deskonposa daiteke, hots, \(f_{n} = f_{n}^{(res)} + f_{n}^{(b)}\ ) hondoko anplitude erresonanteekin eta erresonanterik gabekoekin erlazionatuta daude, hurrenez hurren.Erresonantzia-moduaren forma-funtzioa xedearen erantzunarekin erlazionatuta dago, atzeko planoa sakabanatzailearen formarekin erlazionatuta egon ohi da.Modu bakoitzeko xedearen lehen formantea detektatzeko, erresonantzia modalaren forma funtzioaren anplitudea \(\left| {f_{n}^{(res)} \left( \theta \right)} \right|\ ) hondo gogor bat suposatuz kalkulatzen da, material ostalari elastiko bateko esfera penetraezinez osatua.Hipotesi hau, oro har, zurruntasuna eta dentsitatea tumore-masaren hazkuntzarekin batera hazten direlako bultzatzen da, hondar-esfortzu konpresiboaren ondorioz.Beraz, hazkunde-maila larrian, inpedantzia-erlazioa \(\rho_{T} c_{1T} /\rho_{H} c_{1H}\) 1 baino handiagoa izango dela espero da, bigunetan garatzen diren tumore solido makroskopiko gehienentzat. ehunak.Adibidez, Krouskop et al.53ek minbiziaren eta modulu normalaren ratioa 4 ingurukoa jakinarazi zuen prostatako ehunen kasuan, eta balio hori 20ra igo zen bularreko ehunen laginetan.Erlazio horiek ezinbestean aldatzen dute ehunaren inpedantzia akustikoa, elastografia-analisiak ere frogatzen duen moduan54,55,56, eta tumorearen hiperproliferazioek eragindako ehunen loditze lokalizatuarekin lotuta egon daitezke.Desberdintasun hori esperimentalki ere ikusi da fase ezberdinetan hazitako bularreko tumore-blokeen konpresio-test soilekin32, eta materialaren birmoldaketa ondo jarraitu daiteke linealki hazten diren tumoreen gurutze-espezieen eredu prediktiboekin43,44.Lortutako zurruntasun-datuak tumore solidoen Young-en moduluaren bilakaerarekin zuzenean lotuta daude \(E_{T} = S\left( {1 – \nu ^{2} } \right)/a\sqrt \ formularen arabera. varepsilon\ )( erradioa \(a\), zurruntasuna \(S\) eta Poisson-en erlazioa \(\nu\) 57 bi plaka zurrunen arteko esferak, 1. Irudian ikusten den bezala).Horrela, tumorearen eta ostalariaren inpedantzia akustikoko neurketak lor daitezke hazkuntza maila ezberdinetan.Bereziki, 1. irudiko 2 kPa-ko ehun normalaren moduluarekin alderatuta, 500 eta 1250 mm3 inguruko bolumen-tartean bularreko tumoreen modulu elastikoak 10 kPa-tik 16 kPa-ra igotzea eragin zuen, hau da. jakinarazitako datuekin bat.58, 59 erreferentzietan aurkitu zen bularreko ehunen laginetan presioa 0,25-4 kPa dela desagertzen den aurrekonpresioarekin.Demagun, gainera, ia konprimi ezin den ehun baten Poisson-en ratioa 41,60 dela, hau da, ehunaren dentsitatea ez dela nabarmen aldatzen bolumena handitzen den heinean.Bereziki, batez besteko populazio-dentsitatea \(\rho = 945\,{\text{kg}}\,{\text{m}}^{ – 3}\)61 erabiltzen da.Kontuan izanda, zurruntasunak atzeko planoa har dezake adierazpen hau erabiliz:
Non konstante ezezaguna \(\widehat{{{\varvec{\upxi))))_{n} = \{\delta_{n} ,\upsilon_{n} \}\) jarraitutasuna kontuan hartuta kalkula daiteke. alborapena ( 7 )2,4, hau da, \(\widehat{{\mathbb{D}}}_{n} (a) \cdot \widehat{({\varvec{\upxi}} sistema aljebraikoa ebatziz). } } _{n } = \widehat{{\mathbf{q}}}_{n} (a)\) adingabeak parte hartzen duten\(\widehat{{\mathbb{D}}}_{n} (a) = \ { { \ mathbb{D}}_{n} (a)\}_{{\{ (1,3),(1,3)\} }}\) eta dagokion zutabe bektore sinplifikatua\(\widehat {{\mathbf {q}}}_{n} (а)\ (11) ekuazioaren oinarrizko ezagutzak ematen ditu, \(\left| {f_{n}^{{). \left({res} \right)\,pp}} \left( \theta \right)} \right| = \left|{f_{n}^{pp} \left( \theta \right) – f_{ n}^{pp(b)} \left( \theta \right)} \right|\) eta \( \left|{f_{n}^{{\left({res} \right)\,ps} } \left( \theta \right)} \right|= \left|{f_{n}^{ps} \left( \theta \right) – f_{n}^{ps(b)} \left( \ theta \eskuinean)} \eskuinean|\) P uhinen kitzikapenari eta P eta S uhinen islapenari dagokio, hurrenez hurren.Gainera, lehenengo anplitudea \(\theta = \pi\) gisa kalkulatu zen eta bigarren anplitudea \(\theta = \pi/4\).Hainbat konposizio propietate kargatuz.2. irudiak erakusten du 15 mm inguruko diametroa duten tumore-esferoideen erresonantzia-ezaugarriak batez ere 50-400 kHz-ko maiztasun-bandan kontzentratzen direla, eta horrek adierazten du maiztasun baxuko ultrasoinuak erabiltzeko aukera tumorearen kitzikapen erresonatzailea eragiteko.zelulak.Asko.Maiztasun-banda honetan, RST analisiak 1. eta 6. moduetarako modu bakarreko formanteak agerian utzi zituen, 3. Irudian nabarmenduta. Hemen, pp- eta ps-sakabanatutako uhinek lehen motako formanteak erakusten dituzte, oso maiztasun baxuetan gertatzen direnak, eta handitzen direnak. 20 kHz inguru 1 modurako eta n = 6rako 60 kHz inguru, esferaren erradioan ezberdintasun nabarmenik erakusten.ps erresonantzia funtzioa desintegratzen da gero, anplitude handiko pp formanteen konbinazioak 60 kHz inguruko aldizkakotasuna ematen du, modu-kopuru handituz gero maiztasun-aldaketa handiagoa erakutsiz.Analisi guztiak Mathematica®62 software informatikoa erabiliz egin dira.
Tamaina desberdinetako bularreko tumoreen modulutik lortutako backscatter form funtzioak 1. irudian erakusten dira, non sakabanatze-banda handienak nabarmentzen diren moduaren gainjartzea kontuan hartuta.
Hautatutako moduen erresonantziak \(n = 1\)-tik \(n = 6\), tumore-tamaina ezberdinetan P-uhinaren kitzikapenaren eta islapenaren arabera kalkulatuak (\(\left | {f_{n} ^-tik kurba beltzak). {{\ left({res} \right)\,pp}} \left( \pi \right)} \right| = {f_{n}^{pp} \left ( \pi \ right) –. f_{n }^{pp(b)} \left( \pi \right)} \right|\)) eta P uhinaren kitzikapena eta S uhinaren islapena (forma modalaren funtzioak emandako kurba grisak \( \left | { f_{n }^{{\left({res} \right)\,ps}} \left({\pi /4} \right)} \right = {f_{n} ^{ ps} \left( {\pi /4} \right) – f_{n}^{ps(b)} \left( {\pi /4} \right)} \right |\)).
Eremu urruneko hedapen-baldintzak erabiliz aurretiazko analisi honen emaitzek unitatearen espezifikoak diren disko-maiztasunen aukeraketa bideratu dezakete hurrengo zenbaki-simulazioetan mikrobibrazio-esfortzuak masan duen eragina aztertzeko.Emaitzek erakusten dute maiztasun optimoen kalibrazioa etapa zehatza izan daitekeela tumorearen hazkuntzan zehar eta hazkuntza-ereduen emaitzekin zehaztu daitekeela gaixotasunen terapian erabiltzen diren estrategia biomekanikoak ezartzeko ehunen birmoldaketa behar bezala aurreikusteko.
Nanoteknologiaren aurrerapen esanguratsuak komunitate zientifikoa bultzatzen ari dira soluzio eta metodo berriak aurkitzera in vivo aplikazioetarako gailu mediko miniaturizatuak eta gutxien inbaditzaileak garatzeko.Testuinguru honetan, LOF teknologiak zuntz optikoen gaitasunak zabaltzeko gaitasun nabarmena erakutsi du, zuntz optiko gutxieneko gailu berriak garatzea ahalbidetuz, bizitza zientzien aplikazioetarako21, 63, 64, 65. 2D eta 3D materialak integratzeko ideia. nanoeskalan kontrol espazial osoa duten zuntz optikoen alboetan 25 eta/edo muturretan nahi diren propietate kimiko, biologiko eta optikoekin zuntz optiko nanooptodoen klase berri baten sorrera dakar.funtzio diagnostiko eta terapeutiko ugari ditu.Interesgarria da, propietate geometriko eta mekanikoengatik (sekzio txikia, aspektu-erlazio handia, malgutasuna, pisu txikia) eta materialen biobateragarritasunagatik (normalean beira edo polimeroak), zuntz optikoak oso egokiak dira orratz eta kateteretan sartzeko.Aplikazio medikoak20, “orratz ospitalearen” ikuspegi berri bati bide emanez (ikus 4. irudia).
Izan ere, LOF teknologiak eskaintzen dituen askatasun-mailak direla eta, hainbat material metaliko eta/edo dielektrikoz egindako mikro eta nanoegituren integrazioa erabiliz, zuntz optikoak behar bezala funtzionalizatu daitezke erresonantzia-moduaren kitzikapena onartzen duten aplikazio zehatzetarako., 21 argi-eremua sendo kokatuta dago.Argia uhin-luzera eskala batean edukitzeak, askotan prozesamendu kimiko eta/edo biologikoarekin konbinatuta63, eta polimero adimendunak bezalako material sentikorrak integratzeak argiaren eta materiaren elkarrekintzaren gaineko kontrola hobetu dezake, helburu teranostikoetarako erabilgarria izan daitekeena.Osagai/material integratuen mota eta tamaina aukeratzea, jakina, detektatu beharreko parametro fisiko, biologiko edo kimikoen araberakoa da21,63.
LOF zundak gorputzeko gune zehatzetara zuzendutako orratz medikoetan integratzeak tokiko likidoen eta ehunen biopsiak in vivo ahalbidetuko ditu, aldibereko tokiko tratamendua ahalbidetuz, albo-ondorioak murriztuz eta eraginkortasuna areagotuz.Aukera potentzialak zirkulatzen duten hainbat biomolekula detektatzea da, minbizia barne.biomarkatzaileak edo mikroRNAak (miRNAs)67, minbizi-ehunen identifikazioa espektroskopia lineala eta ez-lineala erabiliz, hala nola Raman espektroskopia (SERS)31, bereizmen handiko irudi fotoakustikoak22,28,68, laser-kirurgia eta ablazioa69, eta argia erabiliz tokiko entrega-drogak27 eta orratzak giza gorputzera bideratze automatikoa20.Azpimarratzekoa da zuntz optikoen erabilerak osagai elektronikoetan oinarritutako metodo "klasikoen" ohiko desabantailak saihesten baditu ere, hala nola konexio elektrikoen beharra eta interferentzia elektromagnetikoen presentzia, hainbat LOF sentsore modu eraginkorrean integratzea ahalbidetzen duela. sistema.mediku orratz bakarra.Arreta berezia jarri behar da efektu kaltegarriak murrizteko, hala nola, kutsadura, interferentzia optikoak, funtzio ezberdinen arteko interferentzia-efektuak eragiten dituzten oztopo fisikoak.Dena den, egia da ere aipatutako funtzio askok ez dutela zertan aldi berean aktibo egon.Alderdi honek interferentziak gutxienez murriztea ahalbidetzen du, eta horrela zunda bakoitzaren errendimenduan eta prozeduraren zehaztasunean eragin negatiboa mugatzen du.Gogoeta horiei esker, "orratza ospitalean" kontzeptua ikuspegi soil gisa ikusten dugu, bizi-zientzietako hurrengo belaunaldiko orratz terapeutikoen oinarri sendoak ezartzeko.
Artikulu honetan eztabaidatzen den aplikazio espezifikoari dagokionez, hurrengo atalean zenbakizko orratz mediko batek ultrasoinu-uhinak giza ehunetara zuzentzeko duen gaitasuna ikertuko dugu bere ardatzean zehar hedatzea erabiliz.
Ultrasoinu-uhinen hedapena urez bete eta ehun bigunetan sartutako orratz mediko baten bidez (ikus 5a irudiko diagrama) Comsol Multiphysics software komertziala erabiliz modelatu zen elementu finituen metodoan (FEM)70, non orratza eta ehuna modelatzen diren. ingurune elastiko lineal gisa.
5b Irudiari erreferentzia eginez, orratza altzairu herdoilgaitzez egindako zilindro huts gisa («kanula» gisa ere ezagutzen dena) modelatzen da, orratz medikoetarako material estandarra71.Bereziki, Young-en moduluarekin E = 205 GPa, Poisson-en ratioa ν = 0,28 eta dentsitatea ρ = 7850 kg m −372,73 erabili zen.Geometrikoki, orratzak L luzera, D barne-diametroa («garbitasuna» ere deitzen zaio) eta hormaren t lodiera ditu.Gainera, orratzaren punta luzerako norabidearekiko (z) α angelu batean inklinatuta dagoela jotzen da.Uraren bolumena funtsean orratzaren barruko eskualdearen formari dagokio.Aurretiazko analisi honetan, orratza ehun-eskualde batean erabat murgilduta zegoela suposatu zen (mugagabe hedatzen zela suposatzen zen), rs erradioko esfera gisa modelatua, simulazio guztietan 85 mm-tan konstante mantendu zena.Xehetasun gehiagorekin, eskualde esferikoa guztiz parekatuta dagoen geruza (PML) batekin amaitzen dugu, eta horrek, gutxienez, "irudimenezko" mugetatik islatzen diren nahi ez diren uhinak murrizten ditu.Ondoren, rs erradioa aukeratu dugu, domeinu-muga esferikoa orratztik nahikoa urrun jartzeko, soluzio konputazionalean eraginik ez izateko, eta nahikoa txikia simulazioaren kostu konputazionalean ez eragiteko.
f maiztasunaren eta A anplitudearen luzetarako desplazamendu harmoniko bat arkatzaren geometriaren beheko mugan aplikatzen da;egoera honek simulatutako geometriari aplikatutako sarrera-estimulu bat adierazten du.Orratzaren gainerako mugetan (ehunarekin eta urarekin kontaktuan), onartutako ereduak bi fenomeno fisikoren arteko erlazioa barne hartzen duela jotzen da, horietako bat egitura-mekanikari lotuta dagoena (orratzaren eremurako), eta bestea, egituraren mekanikari.(eskualde azikularrako), beraz, dagozkion baldintzak ezartzen zaizkio akustikari (uretarako eta eskualde azikularrako)74.Bereziki, orratzaren eserlekuari aplikatzen zaizkion bibrazio txikiek tentsio perturbazio txikiak eragiten dituzte;horrela, orratzak medio elastiko baten antzera jokatzen duela suposatuz, U desplazamendu-bektorea oreka elastodinamikoaren ekuaziotik (Navier) estima daiteke75.Orratzaren egitura-oszilazioek bere barruko uraren presioan aldaketak eragiten dituzte (gure ereduan gelditzat jotzen dena), eta horren ondorioz orratzaren luzetarako norabidean soinu-uhinak hedatzen dira, funtsean Helmholtz ekuazioari men eginez76.Azkenik, ehunetan efektu ez-linealak arbuiagarriak direla eta ebakidura-uhinen anplitudea presio-uhinen anplitudea baino askoz txikiagoa dela suposatuz, Helmholtz-en ekuazioa ere erabil daiteke ehun bigunetan uhin akustikoen hedapena modelatzeko.Hurbilketa horren ondoren, ehuna likidotzat hartzen da77, 1000 kg/m3-ko dentsitatea eta 1540 m/s-ko soinuaren abiadura dituena (maiztasunaren araberako moteltze-efektuak alde batera utzita).Bi eremu fisiko hauek lotzeko, beharrezkoa da mugimendu normalaren jarraipena solidoaren eta likidoaren mugan, presioaren eta tentsioaren arteko oreka estatikoa solidoaren mugaren perpendikularra eta tentsio tangentziala bermatzea. likidoak zeroren berdina izan behar du.75 .
Gure analisian, uhin akustikoen hedapena orratz batean zehar baldintza geldietan ikertzen dugu, orratzaren geometriak ehunaren barruko uhinen igorpenean duen eraginari erreparatuz.Bereziki, D orratzaren barne diametroaren, L luzeraren eta α alakaren angeluaren eragina ikertu dugu, aztertutako kasu guztietan t lodiera 500 µm-tan finkatuta mantenduz.t-ren balio hori orratz komertzialen horma-lodiera estandar tipikotik hurbil dago.
Orokortasuna galdu gabe, orratzaren oinarrian aplikatutako desplazamendu harmonikoaren f maiztasuna 100 kHz-eko berdina hartu zen, eta A anplitudea 1 μm-koa izan zen.Bereziki, maiztasuna 100 kHz-en ezarri zen, hau da, "Tumore-masa esferikoen dispertsioaren analisia hazkuntzaren menpeko ultrasoinu-maiztasunak estimatzeko" atalean emandako estimazio analitikoekin, non tumore-masen erresonantzia-itxurako portaera bat aurkitu zen. 50-400 kHz-ko maiztasun-tartea, sakabanatze-anplitude handiena 100-200 kHz inguruko maiztasun baxuetan kontzentratzen delarik (ikus 2. irudia).
Aztertutako lehen parametroa orratzaren D barne-diametroa izan zen.Erosotasunerako, orratzaren barrunbean dagoen uhin akustikoko luzeraren zati oso bat bezala definitzen da (hau da, uretan λW = 1,5 mm).Izan ere, geometria jakin baten ezaugarri diren gailuetan (adibidez, uhin-gida batean) uhinen hedapenaren fenomenoak askotan hedatzen den uhinaren uhin-luzerarekin alderatuta erabiltzen den geometriaren tamaina ezaugarriaren araberakoak dira.Horrez gain, lehen azterketan, D diametroak orratzaren bidez uhin akustikoak hedatzean duen eragina hobeto azpimarratzeko, punta lau bat hartu dugu kontuan, α = 90°-ko angelua ezarriz.Azterketa horretan, L orratzaren luzera 70 mm-tan finkatu zen.
irudian.6a irudiak soinuaren batez besteko intentsitatea erakusten du dimentsiorik gabeko eskala-parametroaren funtzioan, hau da, D = λW/SD dagokion orratzaren puntan zentratuta dagoen 10 mm-ko erradioa duen esfera batean ebaluatua.SD eskalatzeko parametroa 2tik 6ra aldatzen da, hau da, 7,5 mm-tik 2,5 mm bitarteko D balioak hartzen ditugu kontuan (f = 100 kHz-tan).Barrutiak 71 balio estandarra ere barne hartzen du altzairu herdoilgaitzezko orratz medikoentzat.Espero bezala, orratzaren barne-diametroak orratzak igorritako soinuaren intentsitatean eragiten du, gehienezko balio batekin (1030 W/m2) D = λW/3 (hau da, D = 5 mm) dagokion balioarekin eta beheranzko joerarekin. diametroa.Kontuan izan behar da D diametroa parametro geometrikoa dela, gailu mediko baten inbasioan ere eragiten duena, beraz, alderdi kritiko hori ezin da alde batera utzi balio optimoa aukeratzerakoan.Hori dela eta, D-ren jaitsiera ehunetan intentsitate akustikoaren transmisio baxuagoaren ondorioz gertatzen bada ere, ondorengo ikerketetarako D = λW/5 diametroa, hau da, D = 3 mm (11G71 estandarrari dagokio f = 100 kHz-tan) Gailuaren intrusiboaren eta soinu-intentsitatearen transmisioaren arteko arrazoizko konpromisotzat hartzen da (batez beste 450 W/m2 inguru).
Orratzaren puntak igorritako soinuaren batez besteko intentsitatea (lautzat hartzen da), orratzaren barne-diametroaren (a), luzeraren (b) eta α (c) alakaren angeluaren arabera.(a, c)-ko luzera 90 mm-koa da, eta (b, c)-ko diametroa 3 mm-koa.
Aztertu beharreko hurrengo parametroa L orratzaren luzera da. Aurreko kasu-azterketan bezala, α = 90°-ko angelu zeiharra hartzen dugu eta luzera uretan dagoen uhin-luzeraren multiplo gisa eskalatzen da, hau da, L = SL λW kontuan hartuko dugu. .SL dimentsiorik gabeko eskala parametroa 3tik 7tik aldatzen da, horrela orratzaren puntak igorritako soinuaren batez besteko intentsitatea 4,5 eta 10,5 mm arteko luzera tartean kalkulatzen da.Barruti honek orratz komertzialen balio tipikoak biltzen ditu.Emaitzak irudian agertzen dira.6b, orratzaren luzerak, L, eragin handia duela ehunetako soinu-intentsitatearen transmisioan.Zehazki, parametro honen optimizazioari esker, transmisioa magnitude ordena batean hobetu da.Izan ere, aztertutako luzera tartean, batez besteko soinu-intentsitateak 3116 W/m2-ko maximo lokala hartzen du SL = 4-n (hau da, L = 60 mm), eta bestea SL = 6-ri dagokio (hau da, L = 90). mm).
Orratzaren diametroak eta luzerak ultrasoinuen hedapenean geometria zilindrikoan duen eragina aztertu ondoren, alakaren angeluak ehunetako soinu-intentsitatearen transmisioan duen eraginari erreparatu diogu.Zuntz puntatik ateratzen den soinuaren batez besteko intentsitatea α angeluaren arabera ebaluatu da, bere balioa 10°-tik (punta zorrotza) 90°-ra (punta laua) aldatuz.Kasu honetan, kontuan hartutako orratzaren puntaren inguruan integratzeko esferaren erradioa 20 mm-koa zen, beraz, α-ren balio guztietarako, orratzaren punta batez bestekotik kalkulatutako bolumenean sartu zen.
irudian ikusten den bezala.6c, punta zorrozten denean, hau da, α 90°-tik hasita jaisten denean, transmititutako soinuaren intentsitatea handitzen da, 1,5 × 105 W/m2 inguruko gehienezko balio batera iritsiz, hau da, α = 50°-ri dagokiona, ieie, 2. magnitude ordena bat handiagoa da egoera lauarekiko.Punta gehiago zorroztuz (hau da, α 50°-tik behera), soinuaren intentsitatea gutxitu egiten da, punta berdindu baten pareko balioetara iritsiz.Hala ere, gure simulazioetarako alaka angelu sorta zabala kontuan hartu badugu ere, kontuan hartu behar da punta zorroztea beharrezkoa dela orratza ehunean sartzea errazteko.Izan ere, alaka angelu txikiago batek (10° ingurukoa) ehunetan sartzeko behar den indarra murriztu dezake.
Ehunaren barnean transmititzen den soinu-intentsitatearen balioaz gain, alaka-angeluak uhinen hedapenaren norabidean ere eragiten du, 7a (punta laurako) eta 3b (10°-rako) irudian agertzen diren soinu-presio-mailaren grafikoetan erakusten den moduan. ).punta alakatua), paraleloa Luzerako norabidea simetria-planoan ebaluatzen da (yz, cf. 5. irud.).Bi gogoeta hauen muturrean, soinu-presio-maila (1 µPa gisa aipatzen dena) batez ere orratzaren barrunbean kontzentratzen da (hau da, uretan) eta ehunera irradiatzen da.Xehetasun gehiagorekin, punta lau baten kasuan (7a. irud.), soinu-presio-mailaren banaketa guztiz simetrikoa da luzetarako norabidearekiko, eta gorputza betetzen duen uretan uhin geldikorrak bereiz daitezke.Uhina luzetarako orientatuta dago (z ardatza), anplitudea uretan bere balio maximoa lortzen du (240 dB inguru) eta zeharka txikitzen da, eta horrek orratzaren erdigunetik 10 mm-ko distantziara 20 dB inguruko atenuazioa dakar.Espero zen bezala, punta zorrotz bat sartzeak (7b. irudia) simetria hau apurtzen du, eta uhin geldikoien antinodoek orratzaren puntaren arabera "desbideratzen" dira.Dirudienez, asimetria horrek orratzaren puntako erradiazio-intentsitatean eragiten du, lehen azaldu bezala (6c. irudia).Alderdi hori hobeto ulertzeko, intentsitate akustikoa orratzaren luzetarako noranzkoarekiko ortogonala den ebaki-lerro baten arabera ebaluatu da, orratzaren simetria-planoan kokatua eta orratzaren muturretik 10 mm-ko distantziara kokatuta ( 7c irudiko emaitzak).Zehatzago esanda, 10°, 20° eta 30°-ko zeihar-angeluetan ebaluatutako soinu-intentsitatearen banaketak (lerro sendo urdinak, gorriak eta berdeak, hurrenez hurren) mutur lautik gertu dagoen banaketarekin alderatu ziren (puntu beltzezko kurba).Punta lauko orratzekin lotutako intentsitatearen banaketa orratzaren erdigunearekiko simetrikoa dela dirudi.Bereziki, 1420 W/m2 inguruko balioa hartzen du erdigunean, 300 W/m2 inguruko gainezka bat ~8 mm-ko distantziara, eta gero 170 W/m2 inguruko baliora murrizten da ~30 mm-tan. .Punta zorrotza bihurtzen den heinean, erdiko lobulua intentsitate ezberdineko lobulu gehiagotan banatzen da.Zehatzago esanda, α 30° zenean, orratzaren puntatik 1 mm-ra neurtutako profilean hiru petalo argi bereiz zitezkeen.Erdikoa orratzaren erdian dago ia eta 1850 W/m2-ko balio estimatua du, eta eskuineko altuena erdigunetik 19 mm ingurura dago eta 2625 W/m2-ra iristen da.α = 20°-n, 2 lobulu nagusi daude: −12 mm-ko bat 1785 W/m2-tan eta 14 mm-ko bat 1524 W/m2-tan.Punta zorrozten denean eta angelua 10°-ra iristen denean, gehienez 817 W/m2-ra lortzen da -20 mm ingurura, eta intentsitate apur bat txikiagoa duten hiru lobulu gehiago ikusten dira profilean zehar.
Soinu-presio maila mutur laua (a) eta 10°-ko alaka (b) duen orratz baten y–z simetria-planoan.(c) Orratzaren luzetarako noranzkoarekiko perpendikularra den ebaki-lerro batean zenbatetsitako intentsitate akustiko-banaketa, orratzaren muturretik 10 mm-ko distantziara eta yz simetria-planoan.L luzera 70 mm-koa da eta D diametroa 3 mm-koa.
Batera hartuta, emaitza hauek frogatzen dute mediku-orratzak eraginkortasunez erabil daitezkeela ultrasoinuak ehun bigunetara 100 kHz-ra transmititzeko.Igorritako soinuaren intentsitatea orratzaren geometriaren araberakoa da eta optimizatu daiteke (bukaerako gailuaren inbadikortasunak ezarritako mugen arabera) 1000 W/m2-ko balioetaraino (10 mm-tan).orratzaren behealdean aplikatuta 1. Mikrometroko desplazamenduaren kasuan, orratza guztiz txertatuta dagoela jotzen da infinitu hedatzen den ehun bigunetan.Bereziki, alaka-angeluak biziki eragiten du ehuneko soinu-uhinen hedapenaren intentsitatean eta norabidean, eta horrek batez ere orratzaren puntako ebakiaren ortogonaltasuna dakar.
Inbaditzaileak ez diren teknika medikoen erabileran oinarritutako tumoreak tratatzeko estrategia berriak garatzen laguntzeko, maiztasun baxuko ultrasoinuen hedapena tumore-ingurunean analitikoki eta konputazionalki aztertu zen.Bereziki, ikerketaren lehen zatian, aldi baterako soluzio elastodinamiko bati esker, tamaina eta zurruntasun ezaguna duten tumore solidoen esferoideetan ultrasoinu-uhinen sakabanaketa aztertzea ahalbidetu genuen masaren maiztasun-sentsibilitatea aztertzeko.Ondoren, ehunka kilohertz inguruko maiztasunak aukeratu ziren, eta orratz medikoen gidaritza erabiliz tumore-ingurunean bibrazio-esfortzuaren tokiko aplikazioa simulazio numerikoan modelatu zen, diseinu-parametro nagusien eragina aztertuz. tresnak ingurumenean duen indarra.Emaitzek erakusten dute mediku-orratzak eraginkortasunez erabil daitezkeela ehunak ultrasoinuekin irradiatzeko, eta haren intentsitatea oso lotuta dago orratzaren parametro geometrikoarekin, laneko uhin-luzera akustikoarekin.Izan ere, ehunaren bidez irradiazioaren intentsitatea handitu egiten da orratzaren barne-diametroa handitzen den heinean, diametroa uhin-luzera baino hiru aldiz handiagoa denean gehienez.Orratzaren luzerak nolabaiteko askatasuna eskaintzen du esposizioa optimizatzeko.Azken emaitza, hain zuzen, maximizatzen da orratzaren luzera uhin-luzeraren multiplo jakin batean ezartzen denean (zehazki 4 eta 6).Interesgarria da maiztasun-tarte interesgarrirako, diametro- eta luzera-balio optimizatuak orratz komertzial estandarretan erabili ohi direnetatik hurbil daude.Orratzaren zorroztasuna zehazten duen alaka-angeluak emisibitateari ere eragiten dio, 50° inguruko gailurra eta 10° inguruko errendimendu ona eskaintzen duena, orratz komertzialetarako erabili ohi dena..Simulazio-emaitzak ospitaleko orratz barneko diagnostiko plataformaren ezarpena eta optimizazioa bideratzeko erabiliko dira, ultrasoinu diagnostikoak eta terapeutikoak gailuko beste soluzio terapeutiko batzuekin integratuz eta doitasun medikuntzako lankidetzako esku-hartzeak gauzatuz.
Koenig IR, Fuchs O, Hansen G, von Mutius E. eta Kopp MV Zer da doitasun-medikuntza?Eur, atzerritarra.50. aldizkaria, 1700391 (2017).
Collins, FS eta Varmus, H. Doitasun medikuntzako ekimen berriak.N. eng.J. Medikuntza.372, 793–795 (2015).
Hsu, W., Markey, MK eta Wang, MD.Irudi biomedikoen informatika zehaztasun medikuntzaren garaian: lorpenak, erronkak eta aukerak.Marmelada.medikuntza.informatu.Irakasle laguntzailea.20(6), 1010–1013 (2013).
Garraway, LA, Verweij, J. & Ballman, KV Precision onkology: a review.J. Klinika.Oncol.31, 1803–1805 (2013).
Wiwatchaitawee, K., Quarterman, J., Geary, S. eta Salem, A. glioblastomaren (GBM) terapiaren hobekuntza nanopartikulan oinarritutako entrega-sistema erabiliz.AAPS PharmSciTech 22, 71 (2021).
Aldape K, Zadeh G, Mansouri S, Reifenberger G eta von Daimling A. Glioblastoma: patologia, mekanismo molekularrak eta markatzaileak.Acta Neuropatologia.129 (6), 829–848 (2015).
Bush, NAO, Chang, SM eta Berger, MS Gliomaren tratamendurako egungo eta etorkizuneko estrategiak.neurokirurgia.Ed.40, 1–14 (2017).