Nature.com сайтына киргениңиз үчүн рахмат.Сиз чектелген CSS колдоосу менен серепчи версиясын колдонуп жатасыз.Мыкты тажрыйба үчүн жаңыртылган браузерди колдонууну сунуштайбыз (же Internet Explorerдеги Шайкештик режимин өчүрүү).Мындан тышкары, үзгүлтүксүз колдоону камсыз кылуу үчүн биз сайтты стилсиз жана JavaScriptсиз көрсөтөбүз.
Ар бир слайдда үч макала көрсөтүлгөн слайдерлер.Слайддар аркылуу өтүү үчүн артка жана кийинки баскычтарды же ар бир слайд аркылуу жылуу үчүн аягындагы слайд контроллер баскычтарын колдонуңуз.
Физика менен жашоо илимдеринин дисциплиналар аралык кесилишине негизделген так медицинага негизделген диагностикалык жана терапиялык стратегиялар акыркы мезгилде медицинанын көптөгөн тармактарында, өзгөчө онкологияда жаңы инженердик методдордун практикалык колдонулушуна байланыштуу олуттуу көңүл бурду.Бул алкакта, ар кандай масштабда мүмкүн болгон механикалык зыян келтирүү үчүн шишиктердин рак клеткаларына кол салуу үчүн УЗИ колдонуу дүйнө жүзү боюнча илимпоздордун көңүлүн бурууда.Бул факторлорду эске алуу менен, эластодинамикалык убакыттын чечимдерине жана сандык симуляцияларга негизделген, биз жергиликтүү нурлануу аркылуу ылайыктуу жыштыктарды жана кубаттуулуктарды тандоо үчүн кыртыштарда УЗИ таралышын компьютердик моделдөөнүн алдын ала изилдөөсүн сунуштайбыз.Оорукана ийнеси деп аталган жана буга чейин патенттелген лабораториялык On-Fiber технологиясы үчүн жаңы диагностикалык платформа.Анализдин натыйжалары жана ага байланыштуу биофизикалык түшүнүктөр келечекте физика тармагынан алып, так медицинаны колдонууда борбордук ролду ойной турган жаңы комплекстүү диагностикалык жана терапиялык ыкмаларга жол ачышы мүмкүн деп эсептелет.Биологиянын ортосунда өсүп жаткан синергия башталат.
Көптөгөн клиникалык колдонмолорду оптималдаштыруу менен бейтаптарга терс таасирин азайтуу зарылдыгы акырындык менен пайда боло баштады.Ушул максатта, тактык медицина1, 2, 3, 4, 5 эки негизги ыкманы эске алуу менен пациенттерге жеткирилген дары-дармектердин дозасын азайтуу стратегиялык максат болуп калды.Биринчиси пациенттин геномдук профилине ылайык иштелип чыккан дарылоого негизделген.Экинчиси, онкологияда алтын стандартка айланып бара жаткан дары-дармектердин системалык жол-жоболорунан качууга, ошол эле учурда локалдык терапияны колдонуу аркылуу тактыкты жогорулатууга багытталган.Негизги максат – химиотерапия же радионуклиддерди системалуу башкаруу сыяктуу көптөгөн терапиялык ыкмалардын терс таасирин жок кылуу же жок эле дегенде азайтуу.Рак түрүнө, жайгашкан жерине, нурлануунун дозасына жана башка факторлорго жараша, атүгүл нурлануу терапиясы дени сак кыртыш үчүн жогорку мүнөздүү коркунучка ээ болушу мүмкүн.Глиобластоманы дарылоодо6,7,8,9 хирургиялык операция негизги ракты ийгиликтүү жок кылат, бирок метастаздар жок болсо дагы, көптөгөн майда рак инфильтраттары болушу мүмкүн.Алар толугу менен жок кылынбаса, жаңы рак массалары салыштырмалуу кыска убакыттын ичинде өсүп кетиши мүмкүн.Бул контекстте, жогоруда айтылган так медицина стратегияларын колдонуу кыйын, анткени бул инфильтраттарды аныктоо жана чоң аймакка жайылышы кыйын.Бул тоскоолдуктар так дары менен ар кандай рецидивдин алдын алууда акыркы натыйжаларга жол бербейт, ошондуктан кээ бир учурларда системалуу жеткирүү ыкмалары артыкчылыкка ээ, бирок колдонулган дары-дармектер өтө жогорку уулуулуктун деңгээлине ээ болушу мүмкүн.Бул көйгөйдү чечүү үчүн идеалдуу дарылоо ыкмасы дени сак кыртыштарга таасир этпестен рак клеткаларына тандалма чабуул жасай турган минималдуу инвазивдик стратегияларды колдонуу болот.Бул аргументтин негизинде, бир клеткалуу системаларда да, мезошкалдуу гетерогендүү кластерлерде да рак жана дени сак клеткаларга ар кандай таасир эте турган ультра үн титирөөнүн колдонулушу мүмкүн болгон чечимдей сезилет.
Механикалык көз караштан алганда, дени сак жана рак клеткалары ар кандай табигый резонанстык жыштыктарга ээ.Бул касиет рак клеткаларынын цитоскелет структурасынын механикалык касиеттериндеги онкогендик өзгөрүүлөр менен байланышкан12,13, ал эми шишик клеткалары кадимки клеткаларга караганда орточо деформацияланышат.Ошентип, стимулдаштыруу үчүн ультра үн жыштыгын оптималдуу тандоо менен, тандалган аймактарда пайда болгон термелүүлөр тирүү рак структураларына зыян келтириши мүмкүн, мейкиндиктин дени сак чөйрөсүнө тийгизген таасирин азайтат.Бул толук түшүнө элек эффекттер УЗИден келип чыккан жогорку жыштыктагы термелүүлөрдөн (негизинен литотрипсияга14 абдан окшош) жана механикалык чарчоого окшош кубулуштан улам клетканын бузулушунан улам кээ бир клеткалык структуралык компоненттердин бузулушун камтышы мүмкүн, бул өз кезегинде клетканын структурасын өзгөртө алат. .программалоо жана механобиология.Бул теориялык чечим абдан ылайыктуу болуп көрүнгөнү менен, тилекке каршы, аны анехоикалык биологиялык структуралар УЗИнин түздөн-түз колдонуусуна тоскоол болгон учурларда колдонулушу мүмкүн эмес, мисалы, сөөктүн болушуна байланыштуу интракраниалдык колдонмолордо жана кээ бир эмчек шишигинин массалары майлуу жерде жайгашкан. кыртыш.Алсыздануу потенциалдуу терапиялык эффекттин ордун чектеши мүмкүн.Бул көйгөйлөрдү жоюу үчүн, УЗИ нурлануучу жерге мүмкүн болушунча азыраак инвазивдик жете турган атайын жасалган өзгөрткүчтөр менен жергиликтүү түрдө колдонулушу керек.Муну эске алуу менен биз “ийне ооруканасы”15 деп аталган инновациялык технологиялык платформаны түзүү мүмкүнчүлүгүнө байланыштуу идеяларды колдонуу мүмкүнчүлүгүн карап чыктык."Ийнедеги оорукана" концепциясы бир медициналык ийнедеги ар кандай функциялардын айкалышынын негизинде диагностикалык жана терапиялык колдонуу үчүн минималдуу инвазивдүү медициналык аспапты иштеп чыгууну камтыйт.Оорукананын ийнеси бөлүмүндө кененирээк талкуулангандай, бул компакттуу аппарат биринчи кезекте 16, 17, 18, 19, 20, 21 оптикалык була зонддорунун артыкчылыктарына негизделген, алар өз өзгөчөлүктөрүнөн улам 20 стандартка киргизүүгө ылайыктуу. медициналык ийнелер, 22 люмен.Lab-on-Fiber (LOF)23 технологиясы тарабынан берилген ийкемдүүлүктөн пайдаланып, була суюктуктун биопсиясы жана кыртыш биопсиясы аппараттарын кошкондо, кичирейтилген жана колдонууга даяр диагностикалык жана дарылоочу аппараттар үчүн уникалдуу аянтчага айланууда.биомолекулярдык аныктоодо24,25, жарык менен жетектелген жергиликтүү дары жеткирүү26,27, жогорку тактыктагы жергиликтүү УЗИ көрүү28, термикалык терапия29,30 жана спектроскопиянын негизинде рак кыртышын аныктоо31.Бул концепциянын алкагында, "ооруканадагы ийне" аппаратынын негизинде локализациялоо ыкмасын колдонуу менен, биз кызыккан аймакта УЗИ толкундарын козгоо үчүн ийнелер аркылуу ультра үн толкундарынын таралышын колдонуу менен резиденттик биологиялык структураларды жергиликтүү стимулдаштырууну оптималдаштыруу мүмкүнчүлүгүн изилдейбиз..Ошентип, аз интенсивдүү терапиялык УЗИ жумшак ткандардын клеткаларындагы жана майда катуу түзүлүштөр үчүн минималдуу инвазивдүүлүк менен коркунучтуу аймакка түздөн-түз колдонулушу мүмкүн, анткени жогоруда айтылган интракраниалдык хирургияда баш сөөктүн кичинекей тешиги киргизилиши керек. ийне.УЗИ кээ бир рактын өнүгүшүн токтото же кечеңдете алат деген акыркы теориялык жана эксперименталдык натыйжалардан шыктанган 32,33,34 сунушталган ыкма агрессивдүү жана дарылоочу эффекттердин ортосундагы негизги айырмачылыктарды чечүүгө жардам берет.Ушул ойлорду эске алуу менен, бул макалада биз рак үчүн минималдуу инвазивдик УЗИ терапиясы үчүн ооруканадагы ийне аппаратын колдонуу мүмкүнчүлүгүн изилдейбиз.Тагыраак айтканда, өсүү көз каранды УЗИ жыштыгын баалоо үчүн сфералык шишик массасынын чачыранды талдоо, биз ийкемдүү чөйрөдө өскөн тоголок катуу шишиктердин өлчөмүн болжолдоо үчүн жакшы түзүлгөн эластодинамикалык ыкмаларды жана акустикалык чачыроо теориясын колдонобуз.материалдын өсүшүнө байланыштуу кайра калыптанышынан улам шишик менен кабыл алуучу ткандын ортосунда пайда болгон катуулык."Ийнедеги оорукана" деп атаган системабызды "Ийнедеги оорукана" бөлүмүндө сүрөттөп, биз ультра үн толкундарынын медициналык ийнелер аркылуу болжолдонгон жыштыктарда таралышын жана алардын сандык моделин изилдөө үчүн айлана-чөйрөнү нурландырууну талдайбыз. негизги геометриялык параметрлери (чыныгы ички диаметри , ийненин узундугу жана курчтугу), аспаптын акустикалык күчүн өткөрүүгө таасир этет.Тактык медицина үчүн жаңы инженердик стратегияларды иштеп чыгуу зарылдыгын эске алуу менен, сунушталган изилдөө УЗИди башка чечимдер менен бириктирген интеграцияланган терагностикалык платформа аркылуу жеткирилген УЗИди колдонуунун негизинде ракты дарылоонун жаңы куралын иштеп чыгууга жардам берет деп ишенишет.Дары-дармектерди максаттуу жеткирүү жана бир ийненин ичинде реалдуу убакыт диагностикасы сыяктуу бириктирилген.
УЗИ (УЗИ) стимулдаштырууну колдонуу менен локализацияланган катуу шишиктерди дарылоо үчүн механикалык стратегияларды камсыз кылуунун натыйжалуулугу бир клеткалуу системаларга аз интенсивдүү ультра үн термелүүлөрдүн таасири менен теориялык жана эксперименталдык жактан караган бир нече эмгектердин максаты болгон 10, 11, 12 , 32, 33, 34, 35, 36 Viscoelastic моделдерин колдонуу менен, бир нече изилдөөчүлөр шишик жана дени сак клеткалар АКШ 10,11,12 диапазонунда айырмаланган резонанстык чокулары менен мүнөздөлөт ар кандай жыштык жооп көрсөттү.Бул натыйжа, негизи, шишик клеткалары кабыл алуучу чөйрөнү сактап механикалык стимулдардын тандалма чабуулга мүмкүн экенин көрсөтүп турат.Бул жүрүм-турум негизги далилдердин түздөн-түз натыйжасы болуп саналат, көпчүлүк учурларда, шишик клеткалары дени сак клеткаларга караганда ийкемдүү, балким, алардын көбөйүү жана миграцияга жөндөмдүүлүгүн жогорулатуу үчүн37,38,39,40.Бир клетка моделдери менен алынган натыйжалардын негизинде, мисалы, микрошкалада, рак клеткаларынын селективдүүлүгү да гетерогендүү клетка агрегаттарынын гармоникалык жоопторуна сандык изилдөөлөр аркылуу мезошкалада көрсөтүлдү.Рак клеткаларынын жана дени сак клеткалардын ар кандай пайызын камсыз кылуу, көлөмү жүздөгөн микрометрлик көп клеткалуу агрегаттар иерархиялык түрдө курулган.Бул агрегаттардын мезолевалдык деңгээлинде бир клетканын механикалык жүрүм-турумун мүнөздөгөн негизги структуралык элементтердин түздөн-түз ишке ашырылышынын эсебинен кызыктырган кээ бир микроскопиялык өзгөчөлүктөр сакталып калат.Атап айтканда, ар бир клетка ар кандай prestressed cytoskeletal структуралардын жооп тууроо үчүн tensegrity негизделген архитектура колдонот, ошону менен алардын жалпы катуулугун таасир 12,13.Теориялык прогноздор жана жогоруда аталган адабияттардын in vitro эксперименттери кубандырарлык натыйжаларды берди, бул шишик массасынын аз интенсивдүү терапиялык УЗИге (LITUS) сезгичтигин изилдөө зарылдыгын жана шишик массасынын нурлануу жыштыгына баа берүүнүн өтө маанилүү экендигин көрсөттү.жеринде колдонуу үчүн позиция LITUS.
Бирок ткандардын деңгээлинде жеке компоненттин субмакроскопиялык сыпаттамалары сөзсүз түрдө жоголот жана шишик тканынын касиеттерин ырааттуу ыкмалар менен байкоого болот, алардын макроскопиялык эффекттерин эске алуу менен массалык өсүшкө жана стресстен келип чыккан ремоделизация процесстерине көз салууга болот. өсүш.- кыртыштын ийкемдүүлүгүнүн 41,42 шкаладагы өзгөрүүсү.Чынында эле, бир клеткалуу жана агрегаттык системалардан айырмаланып, катуу шишик массалары жумшак ткандарда аберранттык калдык стресстердин акырындык менен топтолушу менен чоңоёт, алар жалпы шишик ичиндеги катуулуктун жогорулашынан табигый механикалык касиеттерин өзгөртөт жана шишик склерозу көбүнчө шишик аныктоо.
Бул ойлорду эске алуу менен, бул жерде биз кадимки кыртыш чөйрөдө өсүп ийкемдүү тоголок кошулмалар катары моделделген шишик сфероиддердин sonodynamic жооп талдоо.Тагыраак айтканда, шишиктин стадиясына байланыштуу серпилгичтик касиеттери айрым авторлор мурунку эмгекте алган теориялык жана эксперименталдык натыйжалардын негизинде аныкталган.Алардын арасында, гетерогендик чөйрөдө in vivo өскөн катуу шишик spheroids эволюция шишик массасынын жана аны менен байланышкан intratumoral стресс өнүгүшүн алдын ала түр аралык динамикасы менен айкалышта сызыктуу эмес механикалык моделдерин 41,43,44 колдонуу менен изилденген.Жогоруда айтылгандай, өсүү (мисалы, ийкемсиз алдын ала чоюлуу) жана калдык стресс шишик материалынын касиеттерин прогрессивдүү түрдө өзгөртүп, ошону менен анын акустикалык реакциясын да өзгөртөт.Бул реф.41 шишиктердин өсүшүнүн жана катуу стресстин биргелешип эволюциясы жаныбарлардын моделдериндеги эксперименталдык кампанияларда көрсөтүлгөн.Атап айтканда, ар кандай стадияларда резекцияланган эмчек шишигинин массаларынын катуулугун бирдей өлчөмдөгү сфералык чектүү элементтердин моделинде кремнийде окшош шарттарды калыбына келтирүүнүн натыйжасында алынган катуулугун салыштыруу жана болжолдонгон калдык стресс талаасын эсепке алуу сунуш кылынган ыкманы тастыктады. моделдин жарактуулугу..Бул иште мурда алынган теориялык жана эксперименталдык натыйжалар жаңы иштелип чыккан терапиялык стратегияны иштеп чыгуу үчүн колдонулат.Атап айтканда, бул жерде тиешелүү эволюциялык каршылык касиеттери менен болжолдонгон өлчөмдөр эсептелген, алар ошентип, кабыл алуучу чөйрөгө камтылган шишик массалары сезгич болгон жыштык диапазондорун баалоо үчүн колдонулган.Бул үчүн, биз ультрадыбыстық стимулдарга жооп иретинде чачыроонун жалпы кабыл алынган принцибине ылайык акустикалык көрсөткүчтөрдү эске алуу менен ар кандай этаптарда шишик массасынын динамикалык жүрүм-турумун изилдедик жана сфероиддин мүмкүн болгон резонанстык кубулуштарын бөлүп көрсөттүк. .шишик жана хостко жараша ткандардын ортосундагы катуулугун өсүү көз каранды айырмачылыктар.
Ошентип, шишик массалары радиусу \(a\) серпилгич чөйрөсү катары чоң залалдуу структуралардын сфералык формаларда кантип өсөрүн көрсөткөн эксперименталдык маалыматтардын негизинде хосттун ийкемдүү чөйрөсүндө моделдешти.1-сүрөткө шилтеме кылып, сфералык координаттарды \(\{ r,\theta,\varphi \}\) колдонуу менен (мында \(\theta\) жана \(\varphi\) тиешелүүлүгүнө жараша аномалия бурчун жана азимут бурчун билдирет), шишик домени дени сак мейкиндикте камтылган аймакты ээлейт \({\mathcal {V}}_{T}=\{ (r,\theta,\varphi):r\le a\}\) чексиз аймак \({\mathcal { V} }_{H} = \{ (r,\theta,\varphi):r > a\}\).Көптөгөн адабияттарда 45,46,47,48 баяндалган жакшы түзүлгөн эластодинамикалык негизге негизделген математикалык моделдин толук сүрөттөлүшү үчүн Кошумча маалыматка (СИ) шилтеме кылып, биз бул жерде аксимметриялык термелүү режими менен мүнөздөлгөн маселени карайбыз.Бул божомол шишик жана дени сак аймактардын ичиндеги бардык өзгөрмөлөр \(\varphi\) азимуталдык координатасынан көз каранды эмес экенин жана бул багытта эч кандай бурмалоонун болбошун билдирет.Демек, жылышуу жана стресс талааларын эки скалярдык потенциалдан алууга болот \(\phi = \hat{\phi}\left( {r,\theta} \right)e^{{ – i \omega {\kern 1pt } t }}\) жана \(\chi = \hat{\chi }\left( {r,\theta } \right)e^{{ – i\omega {\kern 1pt} t }}\) , алар тиешелүүлүгүнө жараша узунунан кеткен толкун жана жылып кетүү толкуну менен байланышкан, дал келүү убактысы t толкундун ортосундагы \(\тета \) жана түшкөн толкундун багыты менен позиция векторунун ортосундагы бурч \({\mathbf {x})\) ( 1-сүрөттө көрсөтүлгөндөй) жана \(\omega = 2\pi f\) бурчтук жыштыкты билдирет.Атап айтканда, түшкөн талаа тегиздик толкуну менен моделделет \(\phi_{H}^{(in)}\) (Ошондой эле SI системасына киргизилген, (A.9) теңдемесинде) дененин көлөмүнө тараган. мыйзамга ылайык
мында \(\phi_{0}\) - амплитудалык параметр.Сфералык толкун функциясын колдонуу менен түшкөн тегиз толкундун (1) сфералык кеңейиши стандарттуу аргумент болуп саналат:
Бул жерде \(j_{n}\) - биринчи түрдөгү \(n\) тартиптин сфералык Бессел функциясы, ал эми \(P_{n}\) - Легендр полиномиясы.Инвестициялык чөйрөнүн инцидент толкунунун бир бөлүгү курчап турган чөйрөдө чачырап, инцидент талаасын капташат, ал эми экинчи бөлүгү чөйрөнүн ичинде чачырап, анын термелишине салым кошот.Бул үчүн \(\набла^{2} \hat{\phi } + k_{1}^{2} {\mkern 1mu} \hat{\phi } = 0\,\ толкун теңдемесинин гармоникалык чечимдери. ) жана \ (\ nabla^{2} {\mkern 1mu} \hat{\chi } + k_{2}^{2} \hat{\chi } = 0\), мисалы, Eringen45 тарабынан берилген (ошондой эле SI караңыз). ) шишик жана соо жерлерди көрсөтө алат.Атап айтканда, кабыл алуучу чөйрөдө пайда болгон чачыранды кеңейүү толкундары жана изоволюмдук толкундар \(Н\) тиешелүү потенциалдык энергияларын моюнга алышат:
Алардын ичинен биринчи түрдөгү сфералык Ганкел функциясы \(h_{n}^{(1)}\) чыгып жаткан чачыранды толкунду жана \(\alpha_{n}\) жана \(\beta_{ n}\ ) белгисиз коэффициенттер.теңдемеде.(2)–(4) теңдемелерде \(k_{H1}\) жана \(k_{H2}\) терминдери тиешелүүлүгүнө жараша дененин негизги аймагындагы сейрек кездешүүчү жана туурасынан кеткен толкундардын толкун сандарын билдирет ( SI караңыз).Шишиктин ичиндеги кысуу талаалары жана жылыштар формага ээ
Бул жерде \(k_{T1}\) жана \(k_{T2}\) шишик аймагындагы узунунан жана туурасынан кеткен толкун сандарын билдирет, ал эми белгисиз коэффициенттер \(\гамма_{n} {\mkern 1mu}\), \(\ eta_{n} {\mkern 1mu}\).Бул натыйжалардын негизинде, нөл эмес радиалдык жана тегерек жылышуу компоненттери каралып жаткан проблеманын дени сак аймактарына мүнөздүү, мисалы \(u_{Hr}\) жана \(u_{H\theta}\) (\(u_{) H\ varphi }\ ) симметрия божомолунун кереги жок) — \(u_{Hr} = \partial_{r} \left( {\phi + \partial_{r} (r\chi) катышынан алууга болот. } \right) + k_}^{2 } {\mkern 1mu} r\chi\) жана \(u_{H\theta} = r^{- 1} \partial_{\theta} \left({\phi + \partial_{r } ( r\chi ) } \right)\) түзүү менен \(\phi = \phi_{H}^{(in)} + \phi_{H}^{(s)}\) жана \ (\chi = \chi_ {H}^ {(s)}\) (деталдуу математикалык чыгаруу үчүн SI караңыз).Ошо сыяктуу эле, \(\phi = \phi_{T}^{(s)}\) жана \(\chi = \chi_{T}^{(s)}\) алмаштырылса, {Tr} = \partial_{r} \left( {\phi + \partial_{r} (r\chi)} \right) + k_{T2}^{2} {\mkern 1mu} r\chi\) жана \(u_{T\theta} = r^{-1}\partial _{\theta }\left({\phi +\partial_{r}(r\chi )}\оң)\).
(Солдо) инцидент талаасы тараган дени сак чөйрөдө өскөн сфералык шишиктин геометриясы, (оңдо) шишик радиусунун функциясы катары шишик-хосттун катаалдыгы катышынын тиешелүү эволюциясы, билдирилген маалыматтар (Carotenuto et al. 41 ылайыкташтырылган) in vitro кысуу сыноолорунан MDA-MB-231 клеткалары менен эмделген катуу эмчек шишиктеринен алынган.
Сызыктуу ийкемдүү жана изотроптук материалдарды кабыл алсак, дени сак жана шишик аймактарында нөл эмес стресс компоненттери, б.а. \(\sigma_{Hpq}\) жана \(\sigma_{Tpq}\) – жалпыланган Гук мыйзамына баш ийишет. ар кандай Lamé модулдары, алар ээ жана шишик ийкемдүүлүгүн мүнөздөйт, \(\{ \mu_{H},\,\lambda_{H} \}\) жана \(\{ \mu_{T},\, \lambda_) катары белгиленет. {T} \ }\) (СИде берилген стресс компоненттеринин толук туюнтмасы үчүн (A.11) теңдемесин караңыз).Атап айтканда, 41-сүрөттө берилген жана 1-сүрөттө берилген маалыматтарга ылайык, өсүп жаткан шишиктерде ткандардын ийкемдүүлүк константаларынын өзгөрүшү байкалган.Ошентип, кабыл алуучу жана шишик аймактарындагы жылыштар жана стресстер белгисиз константалардын жыйындысына чейин толугу менен аныкталат \({{ \varvec{\upxi}}}_{n} = \{ \alpha_{n},{\mkern 1mu } \ beta_{ n} {\mkern 1mu} \gamma_{n} ,\eta_{n} \}\ ) теориялык жактан чексиз өлчөмдөргө ээ.Бул коэффициент векторлорун табуу үчүн шишик менен дени сак аймактардын ортосундагы ылайыктуу интерфейстер жана чек ара шарттары киргизилет.Шишик ээлеринин интерфейсинде кемчиликсиз байланышты кабыл алуу \(r = a\), жылышуулардын жана стресстердин үзгүлтүксүздүгү төмөнкү шарттарды талап кылат:
Система (7) чексиз чечимдери бар теңдемелер системасын түзөт.Мындан тышкары, ар бир чектик шарт аномалиядан көз каранды болот \(\theta\).Чек ара маселесин толук алгебралык маселеге чейин төмөндөтүү үчүн \(N\) жабык системалардын жыйындысы, алардын ар бири белгисиз \({{\varvec{\upxi}}}_{n} = \{ \alpha_) {n},{ \mkern 1mu} \beta_{n} {\mkern 1mu} \gamma_{n}, \eta_{n} \}_{n = 0,…,N}\) (\ ( N \ менен) to \infty \), теориялык жактан) жана теңдемелердин тригонометриялык мүчөлөргө көз карандылыгын жоюу үчүн интерфейс шарттары Легендре көп мүчөлөрүнүн ортогоналдуулугун колдонуу менен начар формада жазылат.Атап айтканда, (7)1,2 жана (7)3,4 теңдемелери \(P_{n} \left( {\cos \theta} \right)\) жана \(P_{n}^{ менен көбөйтүлөт. 1} \left( { \cos\theta}\right)\) анан \(0\) менен \(\pi\) ортосунда математикалык окшоштуктарды колдонуп интеграциялаңыз:
Ошентип, (7) интерфейс шарты матрицалык түрдө \({\mathbb{D}}_{n} (a) \cdot {{\varvec{\upxi }} түрүндө туюнтулган квадраттык алгебралык теңдеме системасын кайтарат. } _{ n} = {\mathbf{q}}_{n} (a)\) жана Крамер эрежесин чечүү менен белгисиз \({{\varvec{\upxi}}}_{n}\ ) алыңыз.
Сфера менен чачыранды энергия агымын баалоо жана кабыл алуучу чөйрөдө таралган чачыранды талаа жөнүндө маалыматтардын негизинде анын акустикалык реакциясы жөнүндө маалымат алуу үчүн, нормалдаштырылган бистатикалык чачыратуу кесилиши болгон акустикалык чоңдук кызыгууну жаратат.Атап айтканда, \(s) деп белгиленген чачыратуу кесилиши чачыранды сигнал аркылуу берилүүчү акустикалык күч менен түшкөн толкун алып келген энергиянын бөлүнүшүнүн ортосундагы катышты билдирет.Ушуга байланыштуу формалык функциянын чоңдугу \(\left| {F_{\infty} \left(\theta \right)} \right|^{2}\) акустикалык механизмдерди изилдөөдө көп колдонулган чоңдук болуп саналат. суюктукка же катууга салынган чөкмөдөгү нерселердин чачырашы.Тагыраак айтканда, формалык функциянын амплитудасы түшкөн толкундун таралуу багытына карата нормалдуу айырмаланган бирдиктеги дифференциалдык чачыратуу кесилиши \(ds\) катары аныкталат:
мында \(f_{n}^{pp}\) жана \(f_{n}^{ps}\) модалдык функцияны белгилейт, ал узунунан кеткен толкундун жана чачыранды толкундун кубаттуулуктарынын катышына тиешелүү. Кабыл алуучу чөйрөдө түшкөн P толкуну, тиешелүүлүгүнө жараша, төмөнкү туюнтмалар менен берилет:
Жарым-жартылай толкун функцияларын (10) резонанстык чачыратуу теориясына (RST)49,50,51,52 ылайык өз алдынча изилдөөгө болот, бул ар кандай режимдерди изилдөөдө максаттуу ийкемдүүлүктү жалпы адашкан талаадан бөлүүгө мүмкүндүк берет.Бул ыкмага ылайык, модалдык форма функциясын эки бирдей бөлүктөн турган суммага ажыратууга болот, атап айтканда \(f_{n} = f_{n}^{(res)} + f_{n}^{(b)}\ ) тиешелүүлүгүнө жараша резонанстык жана резонанстык эмес фон амплитудалары менен байланышкан.Резонанстык режимдин формалык функциясы бутанын жообуна байланыштуу, ал эми фон адатта чачыраткычтын формасына байланыштуу.Ар бир режим үчүн максаттын биринчи формантын аныктоо үчүн модалдык резонанстык форма функциясынын амплитудасы \(\left| {f_{n}^{(res)} \left( \theta \right)} \right|\ ) ийкемдүү негизги материалдагы өтпөс чөйрөлөрдөн турган катуу фонду кабыл алуу менен эсептелет.Бул гипотеза, жалпысынан, шишик массасынын өсүшү менен катуулугу да, тыгыздыгы да калдык кысуу стрессинен улам көбөйөрү менен шартталган.Ошентип, өсүштүн оор деңгээлинде жумшак шишиктерде өнүгүп жаткан макроскопиялык катуу шишиктердин көбү үчүн импеданс катышы \(\rho_{T} c_{1T} /\rho_{H} c_{1H}\) 1ден жогору болушу күтүлүүдө. ткандар.Мисалы, Кроускоп жана башкалар.53 простата ткандары үчүн болжол менен 4 рак жана нормалдуу модулу катышы билдирди, ал эми бул балл эмчек кыртыш үлгүлөрү үчүн 20 чейин көбөйгөн.Бул мамилелер сөзсүз түрдө кыртыштын акустикалык импедансын өзгөртөт, ошондой эле эластография анализи 54,55,56 көрсөткөндөй, шишик гиперпролиферациясынан улам локализацияланган кыртыштын коюулануусуна байланыштуу болушу мүмкүн.Бул айырма, ошондой эле ар кандай этаптарда32 өскөн эмчек шишик блоктордун жөнөкөй кысуу сыноолор менен эксперименталдык байкалган, жана материалдык кайра моделдөө, ошондой эле сызыктуу эмес өсүп шишиктердин 43,44 алдын ала кайчылаш түрлөрү моделдери менен артынан болот.Катуулугу боюнча алынган маалыматтар \(E_{T} = S\left( {1 – \nu ^{2} } \right)/a\sqrt \ формуласы боюнча катуу шишиктердин Янг модулунун эволюциясына түздөн-түз байланыштуу. varepsilon\ )( радиусу \(a\), катуулугу \(S\) жана Пуассон катышы \(\nu\) эки катуу пластинка 57, 1-сүрөттө көрсөтүлгөндөй).Ошентип, ар кандай өсүү деңгээлдеринде шишиктин жана хосттун акустикалык импеданс өлчөөлөрүн алууга болот.Атап айтканда, 1-сүрөттөгү 2 кПа барабар нормалдуу кыртыштын модулу менен салыштырганда, 500дөн 1250 мм3ке чейинки көлөм диапазонундагы эмчек шишиктеринин ийкемдүү модулу болжол менен 10 кПадан 16 кПага чейин көбөйүшүнө алып келди, бул билдирилген маалыматтарга шайкеш келет.58, 59 шилтемелерде эмчек кыртышынын үлгүлөрүндөгү басым 0,25–4 кПа жоголуп, алдын ала кысуу менен аныкталды.Ошондой эле дээрлик кысылбаган кыртыштын Пуассон катышы 41,60 деп эсептейли, бул кыртыштын тыгыздыгы көлөм чоңойгон сайын олуттуу өзгөрбөйт дегенди билдирет.Атап айтканда, калктын орточо массалык жыштыгы \(\rho = 945\,{\text{kg}}\,{\text{m}}^{ – 3}\)61 колдонулат.Бул ойлорду эске алуу менен, катуулук төмөнкү сөз айкашын колдонуу менен фон режимине өтүшү мүмкүн:
Бул жерде белгисиз константа \(\widehat{{{\varvec{\upxi})))_{n} = \{\delta_{n},\upsilon_{n} \}\) үзгүлтүксүздүктү эске алуу менен эсептелиши мүмкүн bias ( 7 )2,4, башкача айтканда, \(\widehat{{\mathbb{D}}}_{n} (a) \cdot \widehat{({\varvec{\upxi}} алгебралык системаны чечүү менен } } _{n } = \widehat{{\mathbf{q}}}_{n} (a)\) жашы жете электердин катышуусунда\(\widehat{{\mathbb{D}}}_{n} (a) = \ { { \ mathbb{D}}_{n} (a)\}_{{\{ (1,3),(1,3)\} }}\) жана тиешелүү жөнөкөйлөштүрүлгөн мамычанын вектору\(\widehat { {\mathbf {q}}}_{n} (а)\). \left( {res} \right)\,pp}} \left( \theta \right)} \right| = \left|{f_{n}^{pp} \left( \theta \right) – f_{ n}^{pp(b)} \left( \theta \right)} \right|\) жана \( \left|{f_{n}^{{\left( {res} \right)\,ps} } \left( \theta \right)} \right|= \left|{f_{n}^{ps} \left( \theta \right) – f_{n}^{ps(b)} \left( \ theta \right)} \right|\) тиешелүүлүгүнө жараша P-толкун дүүлүктүрүү жана P- жана S-толкун чагылдыруу билдирет.Андан ары, биринчи амплитудасы \(\тета = \пи\), ал эми экинчи амплитудасы \(\тета = \пи/4\) катары бааланган.ар кандай курамы касиеттерин жүктөө менен.2-сүрөт диаметри болжол менен 15 ммге чейинки шишик сфероиддеринин резонанстык өзгөчөлүктөрү негизинен 50-400 кГц жыштык тилкесинде топтолгондугун көрсөтүп турат, бул шишиктин резонанстык дүүлүгүүсүн индукциялоо үчүн төмөнкү жыштыктагы УЗИ колдонуу мүмкүнчүлүгүн көрсөтөт.клеткалар.Көп.Бул жыштык тилкесинде RST анализи 3-сүрөттө баса белгиленген 1ден 6га чейинки режимдер үчүн бир режимдүү форманттарды аныктады. Бул жерде pp- жана ps-чачыраган толкундар биринчи типтеги форманттарды көрсөтөт, алар өтө төмөн жыштыктарда пайда болуп, алар 1 режими үчүн болжол менен 20 кГц жана n = 6 үчүн болжол менен 60 кГц, сферанын радиусунда олуттуу айырма жок.Андан кийин ps резонанстык функциясы бузулат, ал эми чоң амплитудалуу pp форманттарынын айкалышы болжол менен 60 кГц мезгилдүүлүктү камсыз кылып, режимдин саны көбөйгөн сайын жыштыктын жогору жылышын көрсөтөт.Бардык анализдер Mathematica®62 эсептөөчү программалык камсыздоонун жардамы менен аткарылган.
Ар түрдүү өлчөмдөгү эмчек шишиктеринин модулунан алынган артка чачыранды форма функциялары 1-сүрөттө көрсөтүлгөн, мында режимдин суперпозициясын эске алуу менен эң жогорку чачыратуу тилкелери белгиленген.
Тандалган режимдердин резонанстары \(n = 1\) баштап \(n = 6\), ар кандай шишик өлчөмдөрүндөгү P толкунунун дүүлүктүрүү жана чагылуусу боюнча эсептелген (\(\солдон | {f_{ n} ^ тартып кара ийри сызыктар) {{\ left( {res} \right)\,pp}} \left( \pi \right)} \right| {f_{n}^{pp} \left ( \pi \ right) –. f_{n }^{pp(b)} \left( \pi \right)} \right|\)) жана P-толкунунун дүүлүгүүсү жана S-толкунунун чагылышы (модалдык форма функциясы менен берилген боз ийри сызыктар \( \сол | { f_{n }^{{\left( {res} \right)\,ps}} \left( {\pi /4} \right)} \right {f_{n} ^{ ps}. \left( {\pi /4} \right) – f_{n}^{ps(b)} \left( {\pi /4} \right)} \right |\)).
Алыскы талаанын жайылуу шарттарын колдонуу менен бул алдын ала анализдин натыйжалары микровибрация стрессинин массага тийгизген таасирин изилдөө үчүн төмөнкү сандык симуляцияларда дискке тиешелүү жыштыктарды тандоого жетекчилик кыла алат.Натыйжалар оптималдуу жыштыктарды калибрлөө шишиктин өсүшү учурунда стадияга мүнөздүү болушу мүмкүн экенин жана кыртыштын ремоделизациясын туура болжолдоо үчүн оору терапиясында колдонулган биомеханикалык стратегияларды түзүү үчүн өсүү моделдеринин натыйжаларын колдонуу менен аныкталышы мүмкүн экенин көрсөтүп турат.
Нанотехнологиядагы олуттуу жетишкендиктер илимий коомчулукту in vivo колдонмолору үчүн кичирейтилген жана минималдуу инвазивдүү медициналык аппараттарды иштеп чыгуу үчүн жаңы чечимдерди жана ыкмаларды табууга түртүүдө.Бул контекстте, LOF технологиясы оптикалык булалардын мүмкүнчүлүктөрүн кеңейтүү үчүн укмуштуудай жөндөмдүүлүгүн көрсөттү, бул жашоо илими колдонмолору үчүн жаңы минималдуу инвазивдик була-оптикалык түзүлүштөрдү иштеп чыгууга мүмкүндүк берди21, 63, 64, 65. 2D жана 3D материалдарды интеграциялоо идеясы Каалаган химиялык, биологиялык жана оптикалык касиеттери менен капталдарында 25 жана/же 64 оптикалык булалардын учу нано масштабда толук мейкиндик көзөмөлү менен була-оптикалык нанооптоддордун жаңы классынын пайда болушуна алып келет.диагностикалык жана терапиялык функциялардын кеңири спектрине ээ.Кызыгы, геометриялык жана механикалык касиеттеринен (кичинекей кесилиши, проспектинин чоңдугу, ийкемдүүлүгү, салмагы аз) жана материалдардын (көбүнчө айнек же полимерлер) биологиялык шайкештигинен улам, оптикалык була ийнелер менен катетерге киргизүү үчүн абдан ылайыктуу.Медициналык тиркемелер20, “ийне ооруканасынын” жаңы көрүнүшүнө жол ачат (4-сүрөттү караңыз).
Чынында, LOF технологиясы тарабынан берилген эркиндик даражаларына байланыштуу, ар кандай металлдык жана/же диэлектрдик материалдардан жасалган микро жана наноструктуралардын интеграциясын колдонуу менен, оптикалык жипчелерди көбүнчө резонанстык режимдин козголушун колдогон конкреттүү колдонмолор үчүн туура функционалдаштырууга болот., Жарык талаасы 21 бекем жайгаштырылган.Көбүнчө химиялык жана/же биологиялык иштетүү63 жана акылдуу полимерлер65,66 сыяктуу сезимтал материалдарды бириктирүү менен жарым-жартылай узундуктагы шкалада жарыкты камтуу жарык менен заттын өз ара аракеттенүүсүн көзөмөлдөөнү күчөтөт, бул тераностикалык максаттар үчүн пайдалуу болот.Интегралдык компоненттердин/материалдардын түрүн жана өлчөмүн тандоо, албетте, аныктала турган физикалык, биологиялык же химиялык параметрлерден көз каранды.
LOF зонддорун дененин белгилүү бир жерлерине багытталган медициналык ийнелерге интеграциялоо жергиликтүү суюктуктарды жана ткандарды in vivo биопсияларын жүргүзүүгө мүмкүндүк берет, бул бир эле убакта жергиликтүү дарылоого мүмкүндүк берет, терс таасирлерди азайтат жана натыйжалуулукту жогорулатат.Потенциалдуу мүмкүнчүлүктөр ар кандай айлануучу биомолекулаларды, анын ичинде ракты аныктоону камтыйт.биомаркерлер же микроРНКлар (miRNAs)67, Раман спектроскопиясы (SERS)31 сыяктуу сызыктуу жана сызыктуу эмес спектроскопиянын жардамы менен рак ткандарын идентификациялоо, жогорку резолюциядагы фотоакустикалык сүрөт22,28,68, лазердик хирургия жана абляция69 жана жарык27 жана жергиликтүү жеткирүү препараттары адамдын денесине ийнелерди автоматтык түрдө багыттоо20.Белгилей кетчү нерсе, оптикалык булаларды колдонуу электрондук компоненттерге негизделген "классикалык" ыкмалардын типтүү кемчиликтерин, мисалы, электрдик туташуулар жана электромагниттик тоскоолдуктардын болушу сыяктуу кемчиликтерден качса да, бул ар кандай LOF сенсорлорун эффективдүү интеграциялоого мүмкүндүк берет. системасы.жалгыз медициналык ийне.Булгануу, оптикалык тоскоолдуктар, ар кандай функциялардын ортосунда кайчылаш эффекттерди пайда кылган физикалык тоскоолдуктар сыяктуу зыяндуу таасирлерди азайтууга өзгөчө көңүл буруу керек.Бирок, айтылган функциялардын көбү бир эле учурда активдүү болушу керек эмес экени да чындык.Бул аспект, жок эле дегенде, кийлигишүүнү азайтуу, ошону менен ар бир зонддун иштешине жана процедуранын тактыгына терс таасирин чектөөгө мүмкүндүк берет.Бул ой-пикирлер бизге "ооруканадагы ийне" түшүнүгүн жашоо илимдериндеги кийинки муундун терапиялык ийнелерине бекем негиз салуу үчүн жөнөкөй көрүнүш катары кароого мүмкүндүк берет.
Бул макалада талкууланган конкреттүү колдонууга байланыштуу, кийинки бөлүмдө биз медициналык ийненин ультра үн толкундарын адамдын ткандарына алардын огу боюнча таралышын колдонуу менен багыттоо жөндөмүн сандык түрдө изилдейбиз.
Суу менен толтурулган жана жумшак ткандарга киргизилген медициналык ийне аркылуу ультра үн толкундарынын таралышы (5а-сүрөттөгү диаграмманы караңыз) ийне жана кыртыш моделдештирилген чектүү элементтер ыкмасына (FEM)70 негизделген коммерциялык Comsol Multiphysics программасынын жардамы менен моделдешти. сызыктуу ийкемдүү чөйрө катары.
5b-сүрөткө шилтеме жасап, ийне медициналык ийнелер үчүн стандарттуу материал болгон дат баспас болоттон жасалган көңдөй цилиндр ("канюла" деп да белгилүү) катары моделделет71.Тактап айтканда, ал Янгдын модулу E = 205 GPa, Пуассондун катышы ν = 0,28 жана тыгыздыгы ρ = 7850 кг m -372,73 менен моделделген.Геометриялык жактан алганда, ийне узундугу L, ички диаметри D (ошондой эле "тазалануу" деп аталат) жана дубалдын калыңдыгы t менен мүнөздөлөт.Мындан тышкары, ийненин учу узунунан (z) багытка карата α бурчта жантайылган деп эсептелет.Суунун көлөмү негизинен ийненин ички аймагынын формасына туура келет.Бул алдын ала талдоодо ийне ткандардын аймагына толугу менен чөмүлдүрүлгөн (чексиз узартылган деп болжолдонгон) радиусу rs сферасы катары моделдештирилген, ал бардык симуляциялар учурунда 85 ммде туруктуу бойдон калган.Көбүрөөк айтканда, биз сфералык аймакты кемчиликсиз дал келген катмар (PML) менен бүтүрөбүз, ал жок дегенде "элестетүү" чектерден чагылдырылган керексиз толкундарды азайтат.Андан кийин биз сфералык домендин чегин ийнеден эсептөө чечимине таасир этпеши үчүн, ал эми симуляциянын эсептөө наркына таасирин тийгизбеши үчүн радиус rs тандап алдык.
Стилус геометриясынын төмөнкү чегине f жыштык менен амплитудасынын гармоникалык узунунан жылышы колдонулат;бул жагдай симуляцияланган геометрияга колдонулган киргизүү стимулун билдирет.Ийненин калган чектеринде (ткань жана суу менен байланышта) кабыл алынган модель эки физикалык кубулуштун ортосундагы байланышты камтыйт, алардын бири структуралык механикага тиешелүү (ийненин аянты үчүн) жана экинчиси конструкциялык механикага.(акулярдуу аймак үчүн), ошондуктан тиешелүү шарттар акустикага коюлат (суу жана аккулярдык аймак үчүн)74.Атап айтканда, ийне отургучка колдонулган кичинекей титирөөлөр кичинекей чыңалууга себеп болот;ошентип, ийне өзүн серпилгичтүү чөйрөдөй алып барат деп эсептесек, U жылышуу векторун эластодинамикалык тең салмактуулук теңдемесинен (Навье)75 баалоого болот.Ийненин структуралык термелүүсү анын ичиндеги суунун басымынын өзгөрүшүнө алып келет (биздин моделибизде стационардык деп эсептелет), анын натыйжасында үн толкундары ийненин узунунан кеткен багытында таралып, негизи Гельмгольц теңдемесине баш ийет76.Акырында, ткандардагы сызыктуу эмес эффекттер анчалык деле анчалык деле чоң эмес деп эсептесек жана жылыш толкундардын амплитудасы басым толкундарынын амплитудасынан бир топ кичине болсо, Гельмгольц теңдемесин жумшак ткандарда акустикалык толкундардын таралышын моделдөө үчүн да колдонсо болот.Бул жакындоодон кийин кыртыш тыгыздыгы 1000 кг/м3 жана үндүн ылдамдыгы 1540 м/с болгон суюктук77 катары каралат (жыштыкка көз каранды демпфинг эффекттерин эске албаганда).Бул эки физикалык талааны туташтыруу үчүн катуу жана суюктуктун чектеринде нормалдуу кыймылдын үзгүлтүксүздүгүн, катуу нерсенин чек арасына перпендикуляр болгон басым менен чыңалуу ортосундагы статикалык тең салмактуулукту жана чек арадагы тангенциалдык чыңалууну камсыз кылуу зарыл. суюктук нөлгө барабар болушу керек.75 .
Талдоодо ийненин геометриясынын кыртыштын ичиндеги толкундардын чыгышына тийгизген таасирине көңүл буруп, стационардык шарттарда ийне боюндагы акустикалык толкундардын таралышын изилдейбиз.Атап айтканда, биз ийненин ички диаметринин D таасиринин, L узундугунун жана кыйшаюу бурчунун α таасирин изилдеп, бардык изилденген учурлар үчүн t калыңдыгын 500 микрондо туруктуу кармап турдук.Бул t мааниси соода ийнелер үчүн типтүү стандарттуу дубал калыңдыгына жакын 71.
Жалпылыгын жоготпостон, ийненин түбүнө колдонулган гармоникалык жылыштын f жыштыгы 100 кГцге барабар, ал эми амплитудасы А 1 мкм болгон.Атап айтканда, жыштык 100 кГц деп коюлду, бул “Өсүүгө көз каранды УЗИ жыштыктарын баалоо үчүн сфералык шишик массаларынын чачыранды анализи” бөлүмүндө келтирилген аналитикалык бааларга шайкеш келет, мында шишик массаларынын резонанстык жүрүм-туруму табылган. жыштык диапазону 50–400 кГц, эң чоң чачыранды амплитудасы 100–200 кГц тегереги төмөн жыштыктарда топтолгон (2-сүрөттү караңыз).
Изилденген биринчи параметр ийненин ички диаметри D болгон.Ыңгайлуу болуу үчүн ийненин көңдөйүндөгү акустикалык толкун узундугунун бүтүн сандык бөлүгү катары аныкталат (б.а. сууда λW = 1,5 мм).Чынында эле, берилген геометрия менен мүнөздөлгөн түзүлүштөрдө (мисалы, толкун өткөргүчтө) толкундун таралуу кубулуштары көбүнчө таралуучу толкундун толкун узундугуна салыштырмалуу колдонулган геометриянын мүнөздүү өлчөмүнө жараша болот.Кошумчалай кетсек, биринчи анализде ийне аркылуу акустикалык толкундун таралышына D диаметринин таасирин жакшыраак баса белгилөө үчүн α = 90° бурч коюп, жалпак учу карадык.Бул талдоо учурунда, ийне узундугу L 70 мм белгиленген.
fig боюнча.6а үнүнүн орточо интенсивдүүлүгүн SD өлчөмсүз шкала параметринин функциясы катары көрсөтөт, б.а. D = λW/SD тиешелүү ийне учунда борборлоштурулган радиусу 10 мм болгон сферада бааланган.SD масштабдоо параметри 2ден 6га чейин өзгөрөт, башкача айтканда, биз D маанилерин 7,5 ммден 2,5 ммге чейин (f = 100 кГц) карайбыз.Ассортимент ошондой эле дат баспас болоттон жасалган медициналык ийнелер үчүн 71 стандарттык маанисин камтыйт.Күтүлгөндөй, ийненин ички диаметри ийне чыгарган үндүн интенсивдүүлүгүнө таасир этет, анын максималдуу мааниси (1030 Вт/м2) D = λW/3 (б.а. D = 5 мм) туура келет жана азаюу менен төмөндөө тенденциясы. диаметри.Белгилей кетчү нерсе, D диаметри геометриялык параметр, ал медициналык аппараттын инвазивдүүлүгүнө да таасирин тийгизет, ошондуктан оптималдуу маанини тандоодо бул критикалык аспектти этибарга албай коюуга болбойт.Демек, D азайышы ткандарда акустикалык интенсивдүүлүктүн төмөн өткөрүлүшүнөн келип чыкканы менен, кийинки изилдөөлөр үчүн диаметри D = λW/5, башкача айтканда D = 3 мм (f = 100 кГц 11G71 стандартына туура келет) , аппараттын интрузивдүүлүгү менен үн интенсивдүүлүгүн өткөрүүнүн (орточо эсеп менен 450 Вт/м2) ортосундагы акылга сыярлык компромисс болуп эсептелет.
Ийне учунан чыккан үндүн орточо интенсивдүүлүгү (жалпак деп эсептелет), ийненин ички диаметрине (а), узундугуна (б) жана ийилген бурчка α (c) жараша.Узундугу (а, в) 90 мм, диаметри (б, в) 3 мм.
Талдоо керек болгон кийинки параметр ийненин узундугу L. Мурунку мисалга ылайык, биз кыйгач бурч α = 90° деп эсептейбиз жана узундук суудагы толкун узундугунун эселенген бөлүгү катары масштабдалат, б.а. L = SL λW деп эсептейбиз. .Өлчөмсүз шкала параметри SL 3 тен 7ге чейин өзгөртүлгөн, ошентип ийненин учунан чыккан үндүн орточо интенсивдүүлүгү 4,5тен 10,5 ммге чейинки узундукта бааланат.Бул диапазон коммерциялык ийнелер үчүн типтүү маанилерди камтыйт.Натыйжалар fig көрсөтүлгөн.6б, ийненин узундугу L, ткандарда үн интенсивдүүлүгүн өткөрүүгө чоң таасирин тийгизет.Тактап айтканда, бул параметрди оптималдаштыруу болжол менен чоңдук тартибине берүүнү жакшыртууга мүмкүндүк берди.Чынында, талданган узундук диапазонунда үндүн орточо интенсивдүүлүгү SL = 4 (б.а., L = 60 мм) боюнча жергиликтүү максимум 3116 Вт/м2 алат, ал эми экинчиси SL = 6га (б.а. L = 90) туура келет. мм).
Цилиндрдик геометрияда ийненин диаметри менен узундугунун УЗИнин таралышына тийгизген таасирин талдап чыккандан кийин, биз кыртыштарда үн интенсивдүүлүгүнүн өтүүсүнө жантык бурчтун таасирине токтолдук.Була учунан чыккан үндүн орточо интенсивдүүлүгү анын маанисин 10° (курч учу) дан 90° (жалпак учу) өзгөртүп, α бурчунун функциясы катары бааланган.Бул учурда, ийненин каралып жаткан учу айланасындагы интеграциялоочу сферанын радиусу 20 мм болгон, андыктан αнын бардык маанилери үчүн ийненин учу орточодон эсептелген көлөмгө кошулган.
Сүрөттө көрсөтүлгөндөй.6c, учу курчуганда, башкача айтканда, α 90° баштап азайганда, берилүүчү үндүн интенсивдүүлүгү жогорулап, болжол менен 1,5 × 105 Вт/м2 максималдуу мааниге жетет, ал α = 50° туура келет, ieie, 2 жалпак абалга салыштырмалуу чоңдуктун тартиби.Учтун андан ары курчусу менен (б.а. 50° төмөн α) үн интенсивдүүлүгү азайып, жалпак учу менен салыштырылган маанилерге жетет.Бирок, биз симуляцияларыбыз үчүн ийилген бурчтардын кеңири спектрин карап чыкканыбыз менен, ийнени кыртыштын ичине киргизүүнү жеңилдетүү үчүн учу курчутуу керектигин эске алуу керек.Чындыгында, кичирээк бурч (болжол менен 10°) кыртыштарга кирүү үчүн талап кылынган күчтү 78 азайтышы мүмкүн.
7а (жалпак учу үчүн) жана 3b (10° үчүн) сүрөттө көрсөтүлгөн үн басымынын деңгээлинин графиктеринде көрсөтүлгөндөй, кыртыштын ичинде берилүүчү үн интенсивдүүлүгүнүн маанисинен тышкары, ийилген бурч толкундун таралуу багытына да таасирин тийгизет. ).кыйшык учу), параллелдүү Узундук багыт симметрия тегиздигинде бааланат (yz, 5-сүрөт).Бул эки ойдун чегинде үн басымынын деңгээли (1 мкПа деп аталат) негизинен ийненин көңдөйүндө (б.а. сууда) топтолуп, кыртышка нурланат.Кененирээк айтсак, жалпак учу болгон учурда (7а-сүрөт) үн басымынын деңгээлинин бөлүштүрүлүшү узунунан кеткен багытка карата эң сонун симметриялуу жана денени толтурган сууда турган толкундарды айырмалоого болот.Толкун узунунан (z огу) ориентацияланган, амплитудасы сууда өзүнүн максималдуу маанисине жетет (болжол менен 240 дБ) жана туурасынан азаят, бул ийненин борборунан 10 мм аралыкта болжол менен 20 дБ алсызданууга алып келет.Күтүлгөндөй, учтуу учтун киргизилиши (сүр. 7б) бул симметрияны бузуп, ийненин учуна ылайык турган толкундардын антиноддору «чектөө».Сыягы, бул асимметрия мурда айтылгандай, ийне учундагы нурлануунун интенсивдүүлүгүнө таасир этет (сүрөт 6c).Бул аспектти жакшыраак түшүнүү үчүн акустикалык интенсивдүүлүк ийненин симметрия тегиздигинде жайгашкан жана ийненин учунан 10 мм аралыкта жайгашкан ийненин узунунан кеткен багытына ортогоналдык кесилген сызык боюнча бааланган ( натыйжалары 7c).Тагыраак айтканда, 10°, 20° жана 30° кыйгач бурчтарда (тиешелүүлүгүнө жараша көк, кызыл жана жашыл катуу сызыктар) бааланган үн интенсивдүүлүгүнүн бөлүштүрүлүшү жалпак учуна жакын бөлүштүрүүгө (кара чекиттүү ийри сызыктар) салыштырылган.Жалпак учтуу ийнелер менен байланышкан интенсивдүүлүктүн бөлүштүрүлүшү ийненин борборуна карата симметриялуу болуп көрүнөт.Тактап айтканда, ал борбордо болжол менен 1420 Вт/м2 маанини алат, ~8 мм аралыкта болжол менен 300 Вт/м2 ашып кетет, андан кийин ~30 ммде 170 Вт/м2ге чейин төмөндөйт. .Учу учтуу болуп калганда, борбордук лоб ар кандай интенсивдүүлүктөгү көбүрөөк бөлүктөргө бөлүнөт.Тагыраак айтканда, α 30° болгондо, ийненин учунан 1 мм өлчөнгөн профилде үч желекче так айырмаланчу.Борбордук ийне дээрлик борборунда жана 1850 Вт / м2 болжолдуу мааниге ээ, ал эми оң жактагы жогору борбордон болжол менен 19 мм жана 2625 Вт / м2 жетет.α = 20°да 2 негизги лоб бар: 1785 Вт/м2де -12 мм үчүн жана 1524 Вт/м2де 14 мм үчүн бирөө.Учу курч болуп, бурчу 10° жеткенде, -20 ммге жакын жерде максимум 817 Вт/м2 жетет жана профилде бир аз азыраак интенсивдүүлүктөгү дагы үч лоб көрүнөт.
Үн басымынын деңгээли y–z симметрия тегиздигиндеги ийненин учу жалпак (а) жана 10° жантык (б).(в) ийненин учунан 10 мм аралыкта жана симметрия yz тегиздигинде жаткан ийненин узунунан кеткен багытына перпендикуляр кесилген сызык боюнча эсептелген акустикалык интенсивдүүлүктүн бөлүштүрүлүшү.Узундугу L 70 мм, диаметри D 3 мм.
Бул жыйынтыктарды чогуу алганда, медициналык ийнелер 100 кГц жыштыктагы УЗИди жумшак ткандарга өткөрүү үчүн эффективдүү колдонулушу мүмкүн экенин көрсөтүп турат.Чыгарылган үндүн интенсивдүүлүгү ийненин геометриясына жараша болот жана 1000 Вт/м2 (10 мм боюнча) диапазонундагы маанилерге чейин оптималдаштырылышы мүмкүн (акыркы аппараттын инвазивдүүлүгүнөн улам коюлган чектөөлөргө ылайык).ийненин түбүнө колдонулат 1. Микрометрдин жылышында ийне чексиз созулган жумшак тканга толук киргизилген деп эсептелет.Айрыкча, ийилген бурч ткандагы үн толкундарынын интенсивдүүлүгүнө жана таралуу багытына катуу таасир этет, бул биринчи кезекте ийненин учу кесилишинин ортогоналдуулугуна алып келет.
Инвазивдик эмес медициналык ыкмаларды колдонууга негизделген шишикти дарылоонун жаңы стратегияларын иштеп чыгууну колдоо үчүн шишик чөйрөсүндө төмөнкү жыштыктагы УЗИнин таралышы аналитикалык жана эсептөө жолу менен талданды.Атап айтканда, изилдөөнүн биринчи бөлүгүндө убактылуу эластодинамикалык чечим массанын жыштык сезгичтигин изилдөө үчүн белгилүү өлчөмдөгү жана катуулугу белгилүү болгон катуу шишик сфероиддеринде ультра үн толкундарынын чачырашын изилдөөгө мүмкүндүк берди.Андан кийин жүздөгөн килогерц тартибиндеги жыштыктар тандалып алынган жана шишик чөйрөсүндө термелүү стресстин локалдык колдонулушу медициналык ийне жетектин жардамы менен акустиканын өтүшүн аныктоочу негизги конструкциялык параметрлердин таасирин изилдөө аркылуу сандык симуляцияда моделдештирилген. аспаптын айлана-чөйрөгө болгон күчү.Натыйжалар көрсөткөндөй, медициналык ийнелер ткандарды УЗИ менен нурлантуу үчүн эффективдүү колдонулушу мүмкүн жана анын интенсивдүүлүгү жумушчу акустикалык толкун узундугу деп аталган ийненин геометриялык параметри менен тыгыз байланышта.Чынында, кыртыш аркылуу нурлануунун интенсивдүүлүгү ийненин ички диаметринин чоңоюшу менен өсүп, диаметри толкун узундугунан үч эсе көп болгондо максимумга жетет.Ийненин узундугу экспозицияны оптималдаштыруу үчүн кандайдыр бир деңгээлде эркиндикти камсыз кылат.Акыркы натыйжа чындыгында ийненин узундугу операциялык толкун узундугунун белгилүү бир эселенген өлчөмүнө коюлганда максималдуу болот (тактап айтканда 4 жана 6).Кызыктуусу, жыштык диапазону үчүн оптималдаштырылган диаметри жана узундуктары стандарттуу коммерциялык ийнелер үчүн колдонулганга жакын.Ийненин курчтугун аныктаган бурч бурчу эмиссивдүүлүккө да таасир этет, 50°ка жакын чокусуна жетип, 10°ка жакын жакшы көрсөткүчтү камсыз кылат, ал көбүнчө коммерциялык ийнелер үчүн колдонулат..Модельдештирүү натыйжалары оорукананын ийне диагностикалык платформасын ишке ашырууга жана оптималдаштырууга, диагностикалык жана терапевтик УЗИди аппараттагы башка терапевтикалык чечимдер менен интеграциялоого жана биргелешкен тактыктагы медициналык интервенцияларды ишке ашырууга багытталат.
Koenig IR, Fuchs O, Hansen G, von Mutius E. and Kopp MV. Тактык медицина деген эмне?евро, чет элдик.Журнал 50, 1700391 (2017).
Коллинз, FS жана Varmus, H. Тактык медицинада жаңы демилгелер.N. eng.J. Медицина.372, 793–795 (2015).
Hsu, W., Markey, MK жана Wang, MD.Так медицина доорундагы биомедициналык сүрөт информатикасы: жетишкендиктер, кыйынчылыктар жана мүмкүнчүлүктөр.Jam.дары.кабарлоо.ассистент профессор.20(6), 1010–1013 (2013).
Гарравэй, LA, Verweij, J. & Ballman, KV Precision онкология: карап чыгуу.J. Клиникалык.Онкол.31, 1803–1805 (2013).
Wiwatchaitawee, K., Quarterman, J., Geary, S., жана Салем, A. жакшыртуу glioblastoma (GBM) терапия нанобөлүкчөлөр негизделген жеткирүү системасын колдонуу.AAPS PharmSciTech 22, 71 (2021).
Aldape K, Zadeh G, Mansouri S, Reifenberger G жана von Daimling A. Glioblastoma: патологиясы, молекулярдык механизмдери жана маркерлер.Acta Neuropathology.129(6), 829–848 (2015).
Буш, NAO, Чанг, SM жана Бергер, MS Глиоманы дарылоонун учурдагы жана келечектеги стратегиялары.нейрохирургия.Эд.40, 1–14 (2017).