Dankon pro vizito de Nature.com.Vi uzas retumilon kun limigita CSS-subteno.Por la plej bona sperto, ni rekomendas, ke vi uzu ĝisdatigitan retumilon (aŭ malŝaltu Kongruo-Reĝimon en Internet Explorer).Krome, por certigi daŭran subtenon, ni montras la retejon sen stiloj kaj JavaScript.
Glitiloj montrante tri artikolojn per diapozitivo.Uzu la malantaŭan kaj sekvan butonojn por moviĝi tra la lumbildoj, aŭ la butonojn de glit-regiloj ĉe la fino por moviĝi tra ĉiu lumbildo.
Surbaze de la interfaka intersekciĝo de fiziko kaj vivsciencoj, diagnozaj kaj terapiaj strategioj bazitaj sur preciza medicino lastatempe altiris konsiderindan atenton pro la praktika aplikebleco de novaj inĝenieristikmetodoj en multaj kampoj de medicino, precipe en onkologio.En ĉi tiu kadro, la uzo de ultrasono por ataki kancerajn ĉelojn en tumoroj por kaŭzi eblajn mekanikajn damaĝojn diversskale altiras kreskantan atenton de sciencistoj tra la mondo.Konsiderante ĉi tiujn faktorojn, surbaze de elastodinamikaj tempaj solvoj kaj nombraj simulaĵoj, ni prezentas preparan studon de komputila simulado de ultrasona disvastigo en histoj por elekti taŭgajn frekvencojn kaj potencojn per loka surradiado.Nova diagnoza platformo por la laboratorio On-Fiber-teknologio, nomata hospitala kudrilo kaj jam patentita.Oni kredas, ke la rezultoj de la analizo kaj rilataj biofizikaj komprenoj povus malfermi la vojon al novaj integraj diagnozaj kaj terapiaj aliroj, kiuj povus ludi centran rolon en la aplikado de preciza medicino en la estonteco, tirante el la kampoj de fiziko.Kreskanta sinergio inter biologio komenciĝas.
Kun la optimumigo de granda nombro da klinikaj aplikoj, la bezono redukti kromefikojn sur pacientoj iom post iom komencis aperi.Tiucele, preciza medicino1, 2, 3, 4, 5 fariĝis strategia celo por redukti la dozon de medikamentoj liveritaj al pacientoj, esence sekvante du ĉefajn alirojn.La unua baziĝas sur traktado desegnita laŭ la genoma profilo de la paciento.La dua, kiu fariĝas la ora normo en onkologio, celas eviti sistemajn liverajn procedurojn per provo liberigi malgrandan kvanton da medikamento, samtempe pliigante precizecon per la uzo de loka terapio.La finfina celo estas elimini aŭ minimume minimumigi la negativajn efikojn de multaj terapiaj aliroj, kiel ekzemple kemioterapio aŭ ĉiea administrado de radionukleidoj.Depende de la speco de kancero, loko, radiadozo kaj aliaj faktoroj, eĉ radioterapio povas havi altan enecan riskon al sana histo.En la traktado de glioblastomo6,7,8,9 kirurgio sukcese forigas la suban kanceron, sed eĉ en foresto de metastazoj, multaj malgrandaj kanceraj infiltritoj povas ĉeesti.Se ili ne estas tute forigitaj, novaj kanceraj masoj povas kreski en relative mallonga tempodaŭro.En ĉi tiu kunteksto, la menciitaj precizecmedicinaj strategioj malfacilas apliki ĉar ĉi tiuj enfiltriĝoj malfacilas detekteblaj kaj disvastigitaj sur granda areo.Ĉi tiuj baroj malhelpas definitivajn rezultojn en malhelpado de ajna ripetiĝo kun preciza medicino, do ĉieaj liveraj metodoj estas preferitaj en iuj kazoj, kvankam la drogoj uzataj povas havi tre altajn nivelojn de tokseco.Por venki ĉi tiun problemon, la ideala kuraca aliro estus uzi minimume enpenetrajn strategiojn, kiuj povas selekteme ataki kancerajn ĉelojn sen tuŝi sanan histon.En lumo de ĉi tiu argumento, la uzo de ultrasonaj vibroj, kiuj pruviĝis influi kancerajn kaj sanajn ĉelojn malsame, ambaŭ en unuĉelaj sistemoj kaj en mezoskalaj heterogenaj aretoj, ŝajnas kiel ebla solvo.
El mekanikisma vidpunkto, sanaj kaj kanceraj ĉeloj fakte havas malsamajn naturajn resonfrekvencojn.Ĉi tiu posedaĵo estas rilata al onkogenaj ŝanĝoj en la mekanikaj trajtoj de la citoskeleta strukturo de kanceraj ĉeloj12,13, dum tumorĉeloj estas, averaĝe, pli deformeblaj ol normalaj ĉeloj.Tiel, kun optimuma elekto de ultrasona frekvenco por stimulo, vibroj induktitaj en elektitaj areoj povas kaŭzi damaĝon al vivantaj kanceraj strukturoj, minimumigante la efikon al la sana medio de la gastiganto.Tiuj ĉi ankoraŭ ne plene komprenitaj efikoj povas inkluzivi detruon de certaj ĉelaj strukturaj komponantoj pro altfrekvencaj vibroj induktitaj de ultrasono (principe tre simila al litotripsio14) kaj ĉelan damaĝon pro fenomeno simila al mekanika laceco, kiu siavice povas ŝanĝi ĉelan strukturon. .programado kaj mekanobiologio.Kvankam ĉi tiu teoria solvo ŝajnas esti tre taŭga, bedaŭrinde ĝi ne povas esti uzata en kazoj kie anekoikaj biologiaj strukturoj malhelpas la rektan aplikon de ultrasono, ekzemple, en intrakraniaj aplikoj pro la ĉeesto de osto, kaj kelkaj mamaj tumormasoj situas en adipoza. histo.Malfortiĝo povas limigi la lokon de ebla terapia efiko.Por venki ĉi tiujn problemojn, ultrasono devas esti aplikata loke per speciale dizajnitaj transduktiloj kiuj povas atingi la surradiitan ejon kiel malpli enpenetre kiel eble.Konsiderante ĉi tion, ni pripensis la eblecon uzi ideojn rilatajn al la ebleco krei novigan teknologian platformon nomatan "needle hospitalo"15.La koncepto "Hospitalo en la Nadlo" implikas la evoluon de minimume enpenetra medicina instrumento por diagnozaj kaj terapiaj aplikoj, bazita sur la kombinaĵo de diversaj funkcioj en unu medicina nadlo.Kiel diskutite pli detale en la sekcio Hospital Needle, ĉi tiu kompakta aparato baziĝas ĉefe sur la avantaĝoj de 16, 17, 18, 19, 20, 21 fibro-optikaj sondiloj, kiuj, pro siaj karakterizaĵoj, taŭgas por enmeto en norman 20. medicinaj nadloj, 22 lumenoj.Utiligante la flekseblecon donitan de Lab-on-Fiber (LOF)23-teknologio, fibro efike fariĝas unika platformo por miniaturigitaj kaj pretaj uzeblaj diagnozaj kaj terapiaj aparatoj, inkluzive de fluidaj biopsiaj kaj histaj biopsiaj aparatoj.en biomolekula detekto24,25, lum-gvidita loka drog-liveraĵo26,27, alt-preciza loka ultrasona bildigo28, termika terapio29,30 kaj spektroskopio-bazita kancerhisto-identigo31.Ene de ĉi tiu koncepto, uzante lokalizan aliron bazitan sur la "pinglo en la hospitalo" aparato, ni esploras la eblecon optimumigi lokan stimulon de loĝantaj biologiaj strukturoj uzante la disvastigon de ultrasonaj ondoj tra pingloj por eksciti ultrasonajn ondojn ene de la regiono de intereso..Tiel, malalt-intensa terapia ultrasono povas esti aplikita rekte al la riska areo kun minimuma enpenetro por sonikaj ĉeloj kaj malgrandaj solidaj formacioj en molaj histoj, kiel en la kazo de la menciita intrakrania kirurgio, malgranda truo en la kranio devas esti enmetita per kranio. kudrilo.Inspirite de lastatempaj teoriaj kaj eksperimentaj rezultoj sugestante, ke ultrasono povas halti aŭ prokrasti la disvolviĝon de certaj kanceroj,32,33,34 la proponita aliro povas helpi trakti, almenaŭ principe, la ŝlosilajn interŝanĝojn inter agresemaj kaj kuracaj efikoj.Konsiderante ĉi tiujn konsiderojn, en la nuna artikolo, ni esploras la eblecon uzi enhospitalan kudrilon por minimume enpenetra ultrasona terapio por kancero.Pli precize, en la sekcio de Disvastiga Analizo de Sferaj Tumoraj Masoj por Taksado de Kresko-Dependa Ultrasona Frekvenco, ni uzas bone establitajn elastodinamikajn metodojn kaj akustikan disvastigan teorion por antaŭdiri la grandecon de sferaj solidaj tumoroj kreskigitaj en elasta medio.rigideco kiu okazas inter la tumoro kaj mastro-histo pro kresko-induktita restrukturado de la materialo.Priskribinte nian sistemon, kiun ni nomas la sekcio "Hospitalo en la Nadlo", en la sekcio "Hospitalo en la Nadlo", ni analizas la disvastigon de ultrasonaj ondoj tra medicinaj nadloj ĉe la antaŭviditaj frekvencoj kaj ilia nombra modelo surradias la medion por studi. la ĉefaj geometriaj parametroj (la reala interna diametro, longo kaj akreco de la kudrilo), influante la transdonon de la akustika potenco de la instrumento.Konsiderante la bezonon evoluigi novajn inĝenieristikajn strategiojn por preciza medicino, oni kredas, ke la proponita studo povus helpi evoluigi novan ilon por kancero-traktado bazita sur la uzo de ultrasono liverita per integra teragnostika platformo kiu integras ultrasonon kun aliaj solvoj.Kombinita, kiel celita drogo livero kaj realtempa diagnozo ene de ununura kudrilo.
La efikeco de disponigado de mekanikismaj strategioj por la traktado de lokalizitaj solidaj tumoroj per ultrasona (ultrasono) stimulo estis la celo de pluraj artikoloj traktantaj kaj teorie kaj eksperimente la efikon de malalt-intensaj ultrasonaj vibroj sur unuĉelaj sistemoj 10, 11, 12. , 32, 33, 34, 35, 36 Uzante viskoelastajn modelojn, pluraj esploristoj analize pruvis ke tumoro kaj sanaj ĉeloj elmontras malsamajn frekvencrespondojn karakterizitajn per apartaj resonancaj pintoj en Usono 10,11,12.Tiu rezulto indikas ke, principe, tumorĉeloj povas esti selekteme atakitaj per mekanikaj stimuloj kiuj konservas la gastigan medion.Ĉi tiu konduto estas rekta sekvo de ŝlosila indico ke, en la plej multaj kazoj, tumorĉeloj estas pli modeblaj ol sanaj ĉeloj, eble por plifortigi sian kapablon multiĝi kaj migri37,38,39,40.Surbaze de la rezultoj akiritaj kun unuĉelaj modeloj, ekz. ĉe la mikroskalo, la selektiveco de kanceraj ĉeloj ankaŭ estis pruvita ĉe la mezoskalo per nombraj studoj de la harmoniaj respondoj de heterogenaj ĉelaj agregaĵoj.Disponigante malsaman procenton de kanceraj ĉeloj kaj sanaj ĉeloj, multĉelaj agregaĵoj centojn da mikrometroj en grandeco estis konstruitaj hierarkie.Ĉe la meznivelo de tiuj agregaĵoj, kelkaj mikroskopaj ecoj de intereso estas konservitaj pro la rekta efektivigo de la ĉefaj strukturaj elementoj kiuj karakterizas la mekanikan konduton de ununuraj ĉeloj.Aparte, ĉiu ĉelo uzas tensegrec-bazitan arkitekturon por imiti la respondon de diversaj antaŭstresitaj citoskeletaj strukturoj, tiel influante ilian totalan rigidecon12,13.Teoriaj antaŭdiroj kaj en vitro-eksperimentoj de ĉi-supra literaturo donis kuraĝigajn rezultojn, indikante la bezonon studi la sentemon de tumoraj masoj al malalt-intensa terapia ultrasono (LITUS), kaj la taksado de la ofteco de surradiado de tumoraj masoj estas kerna.poziciigi LITUS por surloka aplikado.
Tamen, ĉe la histonivelo, la submakroskopa priskribo de la individua komponanto estas neeviteble perdita, kaj la propraĵoj de la tumora histo povas esti spuritaj uzante sinsekvajn metodojn por spuri la amaskreskon kaj stres-induktitajn restrukturajn procezojn, konsiderante la makroskopajn efikojn de kresko.-induktitaj ŝanĝoj en hista elasteco sur skalo de 41.42.Efektive, male al unuĉelaj kaj agregaj sistemoj, solidaj tumormasoj kreskas en molaj histoj pro la laŭpaŝa amasiĝo de aberraraj restaj streĉoj, kiuj ŝanĝas la naturajn mekanikajn trajtojn pro pliiĝo de la totala intratumoral rigideco, kaj tumora sklerozo ofte iĝas determinanta faktoro en detekto de tumoroj.
Kun ĉi tiuj konsideroj en menso, ĉi tie ni analizas la sonodinamikan respondon de tumorsferoidoj modeligitaj kiel elastaj sferaj inkludoj kreskantaj en normala hista medio.Pli precize, la elastaj propraĵoj asociitaj kun la stadio de la tumoro estis determinitaj surbaze de la teoriaj kaj eksperimentaj rezultoj akiritaj de iuj aŭtoroj en antaŭa laboro.Inter ili, la evoluo de solidaj tumorsferoidoj kreskigitaj en vivo en heterogenaj amaskomunikiloj estis studita per aplikado de ne-liniaj mekanikaj modeloj 41,43,44 en kombinaĵo kun interspecia dinamiko por antaŭdiri la evoluon de tumormasoj kaj rilata intratumoral streso.Kiel menciite supre, kresko (ekz., malelasta antaŭstreĉado) kaj resta streso kaŭzas progreseman restrukturadon de la trajtoj de la tumormaterialo, tiel ankaŭ ŝanĝante ĝian akustikan respondon.Gravas noti, ke en ref.41 la kunevoluo de kresko kaj solida streso en tumoroj estis pruvita en eksperimentaj kampanjoj en bestaj modeloj.Aparte, komparo de la rigideco de mamaj tumormasoj resekigitaj en malsamaj stadioj kun la rigideco akirita reproduktante similajn kondiĉojn in silico sur sfera finhava elemento modelo kun la samaj dimensioj kaj konsiderante la antaŭviditan restan streskampon konfirmis la proponitan metodon de modelo valideco..En ĉi tiu laboro, antaŭe akiritaj teoriaj kaj eksperimentaj rezultoj estas uzataj por disvolvi novan evoluintan terapian strategion.Aparte, antaŭdiritaj grandecoj kun ekvivalentaj evoluaj rezistaj trajtoj estis kalkulitaj ĉi tie, kiuj estis tiel uzitaj por taksi la frekvencintervalojn al kiuj tumormasoj enigitaj en la gastiga medio estas pli sentemaj.Tiucele ni tiel esploris la dinamikan konduton de la tumora maso en malsamaj stadioj, prenitaj en malsamaj stadioj, konsiderante akustikajn indikilojn konforme al la ĝenerale akceptita principo de disvastigo en respondo al ultrasonaj stimuloj kaj reliefigante eblajn resonajn fenomenojn de la sferoido. .depende de tumoro kaj gastiganto Kresk-dependaj diferencoj en rigideco inter histoj.
Tiel, tumormasoj estis modeligitaj kiel elastaj sferoj de radiuso \(a\) en la ĉirkaŭa elasta medio de la gastiganto surbaze de eksperimentaj datenoj montrantaj kiom volumenaj malignaj strukturoj kreskas surloke en sferaj formoj.Rilatante al Figuro 1, uzante la sferajn koordinatojn \(\{ r,\theta ,\varphi \}\) (kie \(\theta\) kaj \(\varphi\) reprezentas la anomalian angulon kaj azimutan angulon respektive), la tumora domajno okupas Regionon enigitan en sana spaco \({\mathcal {V}}_{T}=\{ (r,\theta ,\varphi ):r\le a\}\) nelimigita regiono \({\mathcal { V} }_{H} = \{ (r,\theta,\varphi):r > a\}\).Rilatante al Suplementaj Informoj (SI) por kompleta priskribo de la matematika modelo bazita sur la bone establita elastodinamika bazo raportita en multaj literaturoj45,46,47,48, ni konsideras ĉi tie problemon karakterizitan de aksimetria oscila reĝimo.Tiu supozo implicas ke ĉiuj variabloj ene de la tumoro kaj sanaj areoj estas sendependaj de la azimutala koordinato \(\varphi\) kaj ke neniu misprezento okazas en tiu direkto.Sekve, la movo kaj streskampoj povas esti akiritaj de du skalaraj potencialoj \(\phi = \hat{\phi}\left( {r,\theta} \right)e^{{ – i \omega {\kern 1pt } t }}\) kaj \(\chi = \hat{\chi }\left( {r,\theta } \right)e^{{ – i\omega {\kern 1pt} t }}\) , ili estas respektive rilata al longituda ondo kaj tondondo, la koincida tempo t inter la ekmultiĝo \(\theta \) kaj la angulo inter la direkto de la okazaĵa ondo kaj la poziciovektoro \({\mathbf {x))\) ( kiel montrite en figuro 1) kaj \(\omega = 2\pi f\) reprezentas la angulfrekvencon.Aparte, la okazaĵkampo estas modeligita per la ebena ondo \(\phi_{H}^{(in)}\) (ankaŭ enkondukita en la SI-sistemo, en ekvacio (A.9)) disvastiĝanta en la volumenon de la korpo laŭ la leĝo-esprimo
kie \(\phi_{0}\) estas la amplekso-parametro.La sfera vastiĝo de okazaĵa ebena ondo (1) uzanta sferan ondfunkcion estas la norma argumento:
Kie \(j_{n}\) estas la sfera Bessel-funkcio de la unua speco de ordo \(n\), kaj \(P_{n}\) estas la Legendre-polinomo.Parto de la okazaĵa ondo de la investsfero estas disigita en la ĉirkaŭa medio kaj interkovras la okazaĵkampon, dum la alia parto estas disigita ene de la sfero, kontribuante al ĝia vibrado.Por fari tion, la harmoniaj solvaĵoj de la onda ekvacio \(\nabla^{2} \hat{\phi } + k_{1}^{2} {\mkern 1mu} \hat{\phi } = 0\,\ ) kaj \ (\ nabla^{2} {\mkern 1mu} \hat{\chi } + k_{2}^{2} \hat{\chi } = 0\), provizitaj ekzemple de Eringen45 (vidu ankaŭ SI ) povas indiki tumoron kaj sanajn areojn.Aparte, disaj disvastigondoj kaj izovolumaj ondoj generitaj en la gastiga medio \(H\) koncedas siajn respektivajn potencialajn energiojn:
Inter ili, la sfera Hankel-funkcio de la unua speco \(h_{n}^{(1)}\) estas uzata por konsideri la elirantan disan ondon, kaj \(\alpha_{n}\) kaj \(\beta_{ n}\ ) estas la nekonataj koeficientoj.en la ekvacio.En ekvacioj (2)–(4), la terminoj \(k_{H1}\) kaj \(k_{H2}\) indikas la ondnombrojn de malofteco kaj transversaj ondoj en la ĉefa areo de la korpo, respektive ( vidu SI).Kunpremaj kampoj ene de la tumoro kaj movoj havas la formon
Kie \(k_{T1}\) kaj \(k_{T2}\) reprezentas la longitudajn kaj transversajn ondonombrojn en la tumorregiono, kaj la nekonataj koeficientoj estas \(\gamma_{n} {\mkern 1mu}\), \(\ eta_{n} {\mkern 1mu}\).Surbaze de tiuj rezultoj, ne-nulaj radialaj kaj cirkonferencaj delokigkomponentoj estas karakterizaj de sanaj regionoj en la problemo pri konsidero, kiel ekzemple \(u_{Hr}\) kaj \(u_{H\theta}\) (\(u_{ H\ varphi }\ ) la simetria supozo ne plu necesas) — oni povas akiri el la rilato \(u_{Hr} = \partial_{r} \left( {\phi + \partial_{r} (r\chi ) ) } \right) + k_}^{2 } {\mkern 1mu} r\chi\) kaj \(u_{H\theta} = r^{- 1} \partial_{\theta} \left({\phi + \partial_{r } ( r\chi ) } \right)\) per formado de \(\phi = \phi_{H}^{(in)} + \phi_{H}^{(s)}\) kaj \ (\chi = \chi_ {H}^ {(j)}\) (vidu SI por detala matematika derivaĵo).Simile, anstataŭigante \(\phi = \phi_{T}^{(s)}\) kaj \(\chi = \chi_{T}^{(s)}\) donas {Tr} = \partial_{r} \left( {\phi + \partial_{r} (r\chi)} \right) + k_{T2}^{2} {\mkern 1mu} r\chi\) kaj \(u_{T\theta} = r^{-1}\partial _{\theta }\left({\phi +\partial_{r}(r\chi )}\right)\).
(Maldekstre) Geometrio de sfera tumoro kreskigita en sana medio tra kiu okazaĵkampo disvastiĝas, (dekstra) Ekvivalenta evoluo de la tumor-gastiganto-rigideco-proporcio kiel funkcio de tumorradiuso, raportitaj datenoj (adaptite de Carotenuto et al. 41) de en kunpremaj testoj vitro estis akiritaj de solidaj brustaj tumoroj inokulitaj kun MDA-MB-231-ĉeloj.
Supozante liniajn elastajn kaj izotropajn materialojn, la ne-nulaj streskomponentoj en la sanaj kaj tumorregionoj, t.e. \(\sigma_{Hpq}\) kaj \(\sigma_{Tpq}\) - obeas la ĝeneraligitan leĝon de Hooke, donita ke ekzistas estas malsamaj Lamé-moduloj , kiuj karakterizas gastiganton kaj tumorelastecon, indikitaj kiel \(\{ \mu_{H},\,\lambda_{H} \}\) kaj \(\{ \mu_{T},\, \lambda_ {T} \ }\) (vidu Ekvacion (A.11) por la plena esprimo de la streĉaj komponantoj reprezentitaj en SI).Aparte, laŭ la datumoj en referenco 41 kaj prezentita en Figuro 1, kreskantaj tumoroj montris ŝanĝon en histaj elastecaj konstantoj.Tiel, movoj kaj streĉoj en la gastiganto kaj tumorregionoj estas determinitaj tute ĝis aro de nekonataj konstantoj \({{ \varvec{\upxi}}}_{n} = \{ \alpha_{n} ,{\mkern 1mu } \ beta_{ n} {\mkern 1mu} \gamma_{n} ,\eta_{n} \}\ ) havas teorie senfinajn dimensiojn.Por trovi tiujn koeficientvektorojn, taŭgaj interfacoj kaj limkondiĉoj inter la tumoro kaj sanaj areoj estas lanĉitaj.Supozante perfektan ligadon ĉe la tumor-gastiganto-interfaco \(r = a\), kontinueco de delokiĝoj kaj stresoj postulas la sekvajn kondiĉojn:
Sistemo (7) formas sistemon de ekvacioj kun senfinaj solvoj.Krome, ĉiu limkondiĉo dependos de la anomalio \(\theta\).Por redukti la limvalorproblemon al kompleta algebra problemo kun \(N\) aroj de fermitaj sistemoj, ĉiu el kiuj estas en la nekonata \({{\varvec{\upxi}}}_{n} = \{ \alpha_ {n},{ \mkern 1mu} \beta_{n} {\mkern 1mu} \gamma_{n}, \eta_{n} \}_{n = 0,…,N}\) (kun \ ( N \ al \infty \), teorie), kaj por forigi la dependecon de la ekvacioj sur la trigonometriaj terminoj, la interfackondiĉoj estas skribitaj en malforta formo uzante la ortogonalecon de la Legendre-polinomoj.Precipe, la ekvacio (7)1,2 kaj (7)3,4 estas multobligitaj per \(P_{n} \left( {\cos \theta} \right)\) kaj \(P_{n}^{ 1} \left( { \cos\theta}\right)\) kaj tiam integru inter \(0\) kaj \(\pi\) uzante matematikajn identecojn:
Tiel, la interfackondiĉo (7) resendas kvadratan algebraan ekvacian sistemon, kiu povas esti esprimita en matrica formo kiel \({\mathbb{D}}_{n} (a) \cdot {{\varvec{\upxi }} } _{ n} = {\mathbf{q}}_{n} (a)\) kaj ricevu la nekonatan \({{\varvec{\upxi}}}_{n}\ ) solvante la regulon de Cramer .
Por taksi la energifluon disigitan per la sfero kaj akiri informojn pri ĝia akustika respondo bazita sur datenoj pri la disa kampo disvastiĝanta en la mastro-medio, akustika kvanto estas de intereso, kio estas normaligita bistatika disvastigsekcio.Aparte, la disvastiga sekco, indikita \(j), esprimas la rilatumon inter la akustika potenco elsendita per la disigita signalo kaj la dividado de energio portita per la okazaĵa ondo.Ĉi-rilate, la grando de la forma funkcio \(\left| {F_{\infty} \left(\theta \right)} \right|^{2}\) estas ofte uzata kvanto en la studo de akustikaj mekanismoj enigita en likva aŭ solida Disvastigo de objektoj en la sedimento.Pli precize, la amplitudo de la formofunkcio estas difinita kiel la diferenciala disvastigo sekco \(ds\) per unuopa areo, kiu malsamas per la normalo al la direkto de disvastigo de la okazaĵa ondo:
kie \(f_{n}^{pp}\) kaj \(f_{n}^{ps}\) indikas la modalan funkcion, kiu rilatas al la rilatumo de la potencoj de la longituda ondo kaj la disa ondo rilate al la okazanta P-ondo en la ricevmedio, respektive, ricevas kun la sekvaj esprimoj:
Partaj ondo-funkcioj (10) povas esti studitaj sendepende laŭ la resonanca disvastigteorio (RST)49,50,51,52, kiu ebligas apartigi la celan elastecon de la totala devaga kampo dum studado de malsamaj reĝimoj.Laŭ tiu ĉi metodo, la modala formo funkcio povas esti malkomponita en sumon de du egalaj partoj, nome \(f_{n} = f_{n}^{(res)} + f_{n}^{(b)}\ ) estas rilataj al la resonancaj kaj neresonancaj fonamplitudoj, respektive.La formofunkcio de la resonanca reĝimo rilatas al la respondo de la celo, dum la fono kutime rilatas al la formo de la disĵetanto.Por detekti la unuan formanton de la celo por ĉiu reĝimo, la amplitudo de la modala resonanca formo funkcio \(\left| {f_{n}^{(res)} \left( \theta \right)} \right|\ ) estas kalkulita supozante malmolan fonon, konsistante el nepenetreblaj sferoj el elasta gastiga materialo.Ĉi tiu hipotezo estas motivita de la fakto ke, ĝenerale, kaj rigideco kaj denseco pliiĝas kun la kresko de la tumora maso pro la resta kunprema streso.Tiel, sur severa nivelo de kresko, la impedancproporcio \(\rho_{T} c_{1T} /\rho_{H} c_{1H}\) estas atendita esti pli granda ol 1 por la plej multaj makroskopaj solidaj tumoroj formiĝantaj en mola. histoj.Ekzemple, Krouskop et al.53 raportis rilatumon de kancera al normala modulo de proksimume 4 por prostathisto, dum tiu valoro pliiĝis al 20 por mamhistoprovaĵoj.Tiuj rilatoj neeviteble ŝanĝas la akustikan impedancon de la histo, kiel ankaŭ pruvite per elastografia analizo54,55,56, kaj povas esti rilatitaj al lokalizita histodensiĝo kaŭzita de tumorhiperproliferado.Ĉi tiu diferenco ankaŭ estis observita eksperimente kun simplaj kunpremaj testoj de brumaj tumorblokoj kreskigitaj en malsamaj stadioj32, kaj restrukturado de la materialo povas esti bone sekvita kun prognozaj trans-speciaj modeloj de ne-linie kreskantaj tumoroj43,44.La rigidecdatenoj akiritaj estas rekte rilataj al la evoluo de la modulo de Young de solidaj tumoroj laŭ la formulo \(E_{T} = S\left( {1 – \nu ^{2} } \right)/a\sqrt \ varepsilon\ )( sferoj kun radiuso \(a\), rigideco \(S\) kaj rilatumo de Poisson \(\nu\) inter du rigidaj platoj 57, kiel montrite en Figuro 1).Tiel, estas eble akiri akustikajn impedancmezuradojn de la tumoro kaj la gastiganto sur malsamaj kreskoniveloj.Aparte, kompare kun la modulo de normala histo egala al 2 kPa en Fig. 1, la elasta modulo de mamaj tumoroj en la volumena gamo de ĉirkaŭ 500 ĝis 1250 mm3 rezultigis pliiĝon de ĉirkaŭ 10 kPa ĝis 16 kPa, kio estas kongrua kun la raportitaj datumoj.en referencoj 58, 59 oni trovis, ke la premo en mamaj histoprovaĵoj estas 0.25–4 kPa kun malaperanta antaŭkunpremo.Ankaŭ supozu ke la rilatumo de Poisson de preskaŭ nekunpremebla histo estas 41.60, kio signifas ke la denseco de la histo ne ŝanĝiĝas signife kiam la volumeno pliiĝas.Aparte oni uzas la mezan amasan loĝdenson \(\rho = 945\,{\text{kg}}\,{\text{m}}^{ – 3}\)61.Kun ĉi tiuj konsideroj, rigideco povas akcepti fonan reĝimon uzante la sekvan esprimon:
Kie la nekonata konstanto \(\widehat{{{\varvec{\upxi))))_{n} = \{\delta_{n} ,\upsilon_{n} \}\) povas esti kalkulita konsiderante la kontinuecon bias ( 7 )2,4, tio estas, solvante la algebra sistemo \(\widehat{{\mathbb{D}}}_{n} (a) \cdot \widehat{({\varvec{\upxi}} } } _{n } = \widehat{{\mathbf{q}}}_{n} (a)\) implikanta neplenaĝulojn\(\widehat{{\mathbb{D}}}_{n} (a) = \ { { \ mathbb{D}}_{n} (a)\}_{{\{ (1,3),(1,3)\} }}\) kaj la responda simpligita kolonvektoro\(\widehat { {\mathbf {q}}}_{n} (а)\ Disponigas bazajn konojn en ekvacio (11), du amplitudojn de la resonanca reĝimo funkcio \(\left| {f_{n}^{). \left( {res} \right)\,pp}} \left( \theta \right)} \right| = \left|{f_{n}^{pp} \left( \theta \right) – f_{ n}^{pp(b)} \left( \theta \right)} \right|\) kaj \( \left|{f_{n}^{{\left( {res} \right)\,ps} } \left( \theta \right)} \right|= \left|{f_{n}^{ps} \left( \theta \right) – f_{n}^{ps(b)} \left( \ teta \right)} \right|\) rilatas al P-onda ekscito kaj P- kaj S-onda reflektado, respektive.Plue, la unua amplitudo estis taksita kiel \(\theta = \pi\), kaj la dua amplitudo estis taksita kiel \(\theta = \pi/4\).Ŝargante diversajn komponajn proprietojn.Figuro 2 montras, ke la resonancaj trajtoj de tumoraj sferoidoj ĝis ĉirkaŭ 15 mm en diametro estas ĉefe koncentritaj en la frekvenca bando de 50-400 kHz, kio indikas la eblecon uzi malaltfrekvencan ultrasonon por indukti resonancan tumoran eksciton.ĉeloj.Multe da.En ĉi tiu frekvencbendo, la RST-analizo rivelis unureĝimajn formantojn por reĝimoj 1 ĝis 6, elstarigitaj en Figuro 3. Ĉi tie, kaj pp- kaj ps-disaj ondoj montras formantojn de la unua tipo, okazantaj ĉe tre malaltaj frekvencoj, kiuj pliiĝas de proksimume 20 kHz por la reĝimo 1 ĝis proksimume 60 kHz por n = 6, montrante neniun signifan diferencon en sfera radiuso.La resonanca funkcio ps tiam kadukiĝas, dum la kombinaĵo de grandaj amplitudaj pp formantoj disponigas periodecon de proksimume 60 kHz, montrante pli altan frekvencŝanĝon kun kreskanta reĝimnombro.Ĉiuj analizoj estis faritaj per komputika programaro Mathematica®62.
La malantaŭa disvastigaj formfunkcioj akiritaj de la modulo de mamtumoroj de malsamaj grandecoj estas montritaj en Fig.
Resonancoj de elektitaj reĝimoj de \(n = 1\) ĝis \(n = 6\), kalkulitaj sur ekscito kaj reflektado de la P-ondo ĉe malsamaj tumorgrandecoj (nigraj kurboj de \(\left | {f_{ n} ^ {{\ left( {res} \right)\,pp}} \left( \pi \right)} \right| = {f_{n}^{pp} \left ( \pi \right) –. f_{n }^{pp(b)} \left( \pi \right)} \right|\)) kaj P-onda ekscito kaj S-onda reflektado (grizaj kurboj donitaj per modala formo funkcio \( \left | { f_{n }^{{\left( {res} \right)\,ps}} \left( {\pi /4} \right)} \right = {f_{n} ^{ ps}. \left( {\pi /4} \right) – f_{n}^{ps(b)} \left( {\pi /4} \right)} \right |\)).
La rezultoj de ĉi tiu prepara analizo uzanta malproksimkampajn disvastigkondiĉojn povas gvidi la elekton de veturad-specifaj veturfrekvencoj en la sekvaj nombraj simulaĵoj por studi la efikon de mikrovibrada streso sur maso.La rezultoj montras, ke la alĝustigo de optimumaj frekvencoj povas esti scen-specifa dum tumorkresko kaj povas esti determinita uzante la rezultojn de kreskmodeloj por establi biomekanikajn strategiojn uzitajn en malsanterapio por ĝuste antaŭdiri historestrukturadon.
Signifaj progresoj en nanoteknologio movas la sciencan komunumon trovi novajn solvojn kaj metodojn por evoluigi miniaturigitajn kaj minimume enpenetrajn medicinajn aparatojn por en vivaj aplikoj.En ĉi tiu kunteksto, LOF-teknologio montris rimarkindan kapablon vastigi la kapablojn de optikaj fibroj, ebligante la disvolviĝon de novaj minimume enpenetraj fibro-optikaj aparatoj por vivsciencaj aplikoj21, 63, 64, 65. La ideo de integri 2D kaj 3D materialojn. kun dezirataj kemiaj, biologiaj, kaj optikaj trajtoj sur la flankoj 25 kaj/aŭ finoj 64 de optikaj fibroj kun plena spaca kontrolo ĉe la nanoskala kondukas al la apero de nova klaso de fibro optikaj nanooptodoj.havas ampleksan gamon de diagnozaj kaj terapiaj funkcioj.Interese, pro siaj geometriaj kaj mekanikaj trajtoj (malgranda sekco, granda bildformato, fleksebleco, malalta pezo) kaj la biokongrueco de materialoj (kutime vitro aŭ polimeroj), optikaj fibroj estas bone taŭgaj por enmeto en pingloj kaj kateteroj.Medicinaj aplikoj20, pavimante la vojon al nova vizio de la "pingla hospitalo" (vidu Figuro 4).
Fakte, pro la gradoj da libereco havigitaj per LOF-teknologio, per utiligado de la integriĝo de mikro- kaj nanostrukturoj faritaj de diversaj metalaj kaj/aŭ dielektraj materialoj, optikaj fibroj povas esti konvene funkciigitaj por specifaj aplikoj ofte apogante resonancan reĝiman eksciton., La lumkampo 21 estas forte poziciigita.La reteno de lumo sur subondolonga skalo, ofte en kombinaĵo kun kemia kaj/aŭ biologia pretigo63 kaj la integriĝo de sentemaj materialoj kiel ekzemple inteligentaj polimeroj65,66 povas plibonigi kontrolon de la interagado de lumo kaj materio, kiu povas esti utila por teranostaj celoj.La elekto de tipo kaj grandeco de integraj komponantoj/materialoj evidente dependas de la fizikaj, biologiaj aŭ kemiaj parametroj detekteblaj21,63.
Integriĝo de LOF-enketoj en medicinajn pinglojn direktitajn al specifaj lokoj en la korpo ebligos lokajn fluidajn kaj histajn biopsiojn en vivo, permesante samtempan lokan traktadon, reduktante kromefikojn kaj pliigante efikecon.Eblaj ŝancoj inkluzivas la detekton de diversaj cirkulantaj biomolekuloj, inkluzive de kancero.biosignoj aŭ mikroRNAoj (miRNAoj)67, identigo de kanceraj histoj uzante linearan kaj ne-linian spektroskopion kiel ekzemple Raman-spektroskopio (SERS)31, alt-rezolucian fotoakustikan bildigon22,28,68, laserkirurgion kaj ablacion69, kaj lokajn liverajn drogojn uzantajn lumon27 kaj aŭtomata gvidado de pingloj en la homan korpon20.Indas rimarki, ke kvankam la uzo de optikaj fibroj evitas la tipajn malavantaĝojn de "klasikaj" metodoj bazitaj sur elektronikaj komponantoj, kiel la bezono de elektraj konektoj kaj la ĉeesto de elektromagneta interfero, tio ebligas al diversaj LOF-sensiloj esti efike integritaj en la sistemo.ununura medicina kudrilo.Speciala atento devas esti pagita al reduktado de malutilaj efikoj kiel poluo, optika interfero, fizikaj obstrukcoj kiuj kaŭzas interkrucigajn efikojn inter malsamaj funkcioj.Tamen estas ankaŭ vere, ke multaj el la menciitaj funkcioj ne devas esti aktivaj samtempe.Ĉi tiu aspekto ebligas almenaŭ redukti interferon, tiel limigante la negativan efikon al la agado de ĉiu enketo kaj la precizeco de la proceduro.Ĉi tiuj konsideroj permesas al ni rigardi la koncepton de la "pinglo en la hospitalo" kiel simplan vizion por meti solidan bazon por la venonta generacio de terapiaj nadloj en la vivsciencoj.
Koncerne la specifan aplikon diskutitan en ĉi tiu artikolo, en la sekva sekcio ni cifere esploros la kapablon de medicina nadlo direkti ultrasonajn ondojn en homajn histojn uzante ilian disvastigon laŭ ĝia akso.
Disvastigo de ultrasonaj ondoj tra medicina nadlo plenigita kun akvo kaj enigita en molajn histojn (vidu diagramon en Fig. 5a) estis modeligita uzante la komercan programaron Comsol Multiphysics bazitan sur la finhava elementa metodo (FEM)70, kie la kudrilo kaj histo estas modeligitaj. kiel linia elasta medio.
Rilate al figuro 5b, la kudrilo estas modeligita kiel kava cilindro (ankaŭ konata kiel "kanulo") farita el neoksidebla ŝtalo, norma materialo por medicinaj pingloj71.Aparte, ĝi estis modeligita kun la modulo de Young E = 205 GPa, la rilatumo de Poisson ν = 0.28, kaj denseco ρ = 7850 kg m −372.73.Geometrie, la kudrilo estas karakterizita per longo L, interna diametro D (ankaŭ nomata "senigo") kaj murdikeco t.Krome, la pinto de la kudrilo estas konsiderita kiel klinita laŭ angulo α kun respekto al la longituda direkto (z).La akvokvanto esence respondas al la formo de la interna regiono de la kudrilo.En ĉi tiu prepara analizo, la nadlo estis supozita esti tute mergita en regiono de histo (supozita etendi senfine), modeligita kiel sfero de radiuso rs, kiu restis konstanta je 85 mm dum ĉiuj simulaĵoj.Pli detale, ni finas la sferan regionon kun perfekte kongrua tavolo (PML), kiu almenaŭ reduktas nedeziratajn ondojn reflektitajn de "imagaj" limoj.Ni tiam elektis la radiuson rs por meti la sferan domajnan limon sufiĉe malproksime de la kudrilo por ne influi la komputilan solvon, kaj sufiĉe malgrandan por ne influi la komputilan koston de la simulado.
Harmonia longituda movo de frekvenco f kaj amplitudo A estas aplikata al la malsupra limo de la grifelo-geometrio;ĉi tiu situacio reprezentas enigan stimulon aplikitan al la ŝajniga geometrio.Ĉe la ceteraj limoj de la kudrilo (en kontakto kun histo kaj akvo), la akceptita modelo inkluzivas rilaton inter du fizikaj fenomenoj, unu el kiuj rilatas al struktura mekaniko (por la areo de la kudrilo), kaj la alia al struktura mekaniko.(por la acikula regiono), do la respondaj kondiĉoj estas truditaj al la akustiko (por akvo kaj la akcikula regiono)74.Aparte, malgrandaj vibradoj aplikitaj al la pingloseĝo kaŭzas malgrandajn tensiajn perturbojn;tiel, supozante ke la kudrilo kondutas kiel elasta medio, la movovektoro U povas esti taksita de la elastodinamika ekvilibra ekvacio (Navier)75.Strukturaj osciladoj de la kudrilo kaŭzas ŝanĝojn en la akvopremo ene de ĝi (konsiderata kiel senmova en nia modelo), kiel rezulto de kiuj sonondoj disvastiĝas laŭ la longituda direkto de la kudrilo, esence obeante la ekvacion de Helmholtz76.Finfine, supozante ke la neliniaj efikoj en histoj estas nekonsiderindaj kaj ke la amplitudo de la tondondoj estas multe pli malgranda ol la amplitudo de la premondoj, la Helmholtz-ekvacio ankaŭ povas esti utiligita por modeligi la disvastigon de akustikaj ondoj en molaj histoj.Post ĉi tiu aproksimado, la histo estas konsiderata kiel likvaĵo77 kun denseco de 1000 kg/m3 kaj rapido de sono de 1540 m/s (ignorante frekvenc-dependajn malsekecajn efikojn).Por ligi ĉi tiujn du fizikajn kampojn, necesas certigi la kontinuecon de normala movado ĉe la limo de la solido kaj likvaĵo, la senmovan ekvilibron inter premo kaj streso perpendikulara al la limo de la solido, kaj la tanĝantan streson ĉe la limo de la solido. likvaĵo devas esti egala al nulo.75 .
En nia analizo, ni esploras la disvastigon de akustikaj ondoj laŭ kudrilo sub senmovaj kondiĉoj, temigante la influon de la geometrio de la nadlo sur la emisio de ondoj ene de la histo.Aparte, ni esploris la influon de la interna diametro de la nadlo D, la longo L kaj la bevelangulo α, tenante la dikecon t fiksita je 500 µm por ĉiuj kazoj studitaj.Tiu valoro de t estas proksima al la tipa norma murdikeco 71 por komercaj pingloj.
Sen perdo de ĝeneraleco, la frekvenco f de la harmonia movo aplikita al la bazo de la kudrilo estis prenita egala al 100 kHz, kaj la amplitudo A estis 1 μm.Aparte, la frekvenco estis agordita al 100 kHz, kio kongruas kun la analizaj taksoj donitaj en la sekcio "Disvastiĝanta analizo de sferaj tumoraj masoj por taksi kresk-dependajn ultrasonajn frekvencojn", kie resonanca konduto de tumoraj masoj estis trovita en la frekvencintervalo de 50-400 kHz, kun la plej granda disvastiga amplitudo koncentrita ĉe pli malaltaj frekvencoj ĉirkaŭ 100-200 kHz (vidu Fig. 2).
La unua parametro studita estis la interna diametro D de la kudrilo.Por oportuno, ĝi estas difinita kiel entjera frakcio de la akustika ondolongo en la kavaĵo de la kudrilo (te, en akvo λW = 1.5 mm).Efektive, la fenomenoj de ondodisvastigo en aparatoj karakterizitaj per antaŭfiksita geometrio (ekzemple, en ondgvidilo) ofte dependas de la karakteriza grandeco de la geometrio uzita en komparo kun la ondolongo de la disvastiĝanta ondo.Krome, en la unua analizo, por pli bone emfazi la efikon de la diametro D sur la disvastigo de la akustika ondo tra la kudrilo, ni konsideris platan pinton, fiksante la angulon α = 90°.Dum ĉi tiu analizo, la nadlolongo L estis fiksita je 70 mm.
Sur fig.6a montras la mezan sonintensecon kiel funkcio de la sendimensia skala parametro SD, te D = λW/SD taksita en sfero kun radiuso de 10 mm centrita sur la responda pinto de pinglo.La skala parametro SD ŝanĝas de 2 al 6, te ni konsideras D-valorojn de 7,5 mm ĝis 2,5 mm (je f = 100 kHz).La gamo ankaŭ inkluzivas norman valoron de 71 por medicinaj nadloj de neoksidebla ŝtalo.Kiel atendite, la interna diametro de la kudrilo influas la intensecon de la sono elsendita de la kudrilo, kun maksimuma valoro (1030 W/m2) egalrilatanta al D = λW/3 (t.e. D = 5 mm) kaj malkreskanta tendenco kun malkreskanta. diametro.Oni devas konsideri, ke la diametro D estas geometria parametro, kiu ankaŭ influas la invadecon de medicina aparato, do ĉi tiu kritika aspekto ne povas esti ignorita kiam oni elektas la optimuman valoron.Tial, kvankam la malkresko de D okazas pro la pli malalta transdono de akustika intenseco en la histoj, por la sekvaj studoj, la diametro D = λW/5, te D = 3 mm (korespondas al la normo 11G71 ĉe f = 100 kHz) , estas konsiderita akceptebla kompromiso inter aparattrudemo kaj sonintenseco dissendo (averaĝe proksimume 450 W/m2).
La meza intenseco de la sono elsendita de la pinto de la kudrilo (konsiderata plata), depende de la interna diametro de la kudrilo (a), longo (b) kaj bevelangulo α (c).La longo en (a, c) estas 90 mm, kaj la diametro en (b, c) estas 3 mm.
La sekva parametro analizenda estas la longo de la kudrilo L. Laŭ la antaŭa kazesploro, ni konsideras oblikvan angulon α = 90° kaj la longo estas skalita kiel oblo de la ondolongo en akvo, te konsideras L = SL λW. .La sendimensia skalparametro SL estas ŝanĝita de 3 per 7, tiel taksante la mezan intensecon de la sono elsendita per la pinto de la kudrilo en la longointervalo de 4,5 ĝis 10,5 mm.Ĉi tiu gamo inkluzivas tipajn valorojn por komercaj nadloj.La rezultoj estas montritaj en fig.6b, montrante ke la longo de la kudrilo, L, havas grandan influon sur la transdono de sonintenso en histoj.Specife, la optimumigo de ĉi tiu parametro ebligis plibonigi la transdonon je proksimume grandordo.Fakte, en la analizita longintervalo, la meza sonintenso prenas lokan maksimumon de 3116 W/m2 je SL = 4 (t.e., L = 60 mm), kaj la alia respondas al SL = 6 (t.e., L = 90). mm).
Post analizo de la influo de la diametro kaj longo de la nadlo sur la disvastigo de ultrasono en cilindra geometrio, ni koncentriĝis pri la influo de la bevelangulo sur la transdono de sonintenso en histoj.La averaĝa intenseco de la sono eliranta el la fibropinto estis taksita kiel funkcio de la angulo α, ŝanĝante ĝian valoron de 10° (akra pinto) al 90° (plata pinto).En ĉi tiu kazo, la radiuso de la integra sfero ĉirkaŭ la konsiderita pinto de la kudrilo estis 20 mm, tiel ke por ĉiuj valoroj de α, la pinto de la nadlo estis inkluzivita en la volumo kalkulita de la mezumo.
Kiel montrite en fig.6c, kiam la pinto estas akrigita, t.e., kiam α malpliiĝas ekde 90°, la intenseco de la elsendita sono pliiĝas, atingante maksimuman valoron de ĉirkaŭ 1,5 × 105 W/m2, kiu respondas al α = 50°, ieie, 2 estas grandordo pli alta relative al la plata stato.Kun plia akrigo de la pinto (t.e., ĉe α sub 50°), la sonintenso emas malpliiĝi, atingante valorojn kompareblajn al platigita pinto.Tamen, kvankam ni konsideris larĝan gamon de bevelaj anguloj por niaj simulaĵoj, indas konsideri, ke akrigi la pinton necesas por faciligi enmeton de la nadlo en la histon.Fakte, pli malgranda bevelangulo (ĉirkaŭ 10°) povas redukti la forton 78 postulatan por penetri histon.
Aldone al la valoro de la sonintenso elsendita ene de la histo, la bevelangulo ankaŭ influas la direkton de ondodisvastigo, kiel montrite en la sonpremnivelografoj montritaj en Fig. 7a (por la plata pinto) kaj 3b (por 10°). ).beveled pinto), paralela La laŭlonga direkto estas taksata en la simetria ebeno (yz, kp. Fig. 5).Ĉe la ekstremaĵoj de ĉi tiuj du konsideroj, la sonpremnivelo (referita kiel 1 µPa) estas plejparte koncentrita ene de la pinglokavaĵo (te en la akvo) kaj radiata en la histon.Pli detale, en la kazo de plata pinto (Fig. 7a), la distribuo de la sonpremnivelo estas perfekte simetria rilate al la longituda direkto, kaj starantaj ondoj povas esti distingitaj en la akvo pleniganta la korpon.La ondo estas orientita laŭlonge (z-akso), la amplitudo atingas sian maksimuman valoron en akvo (ĉirkaŭ 240 dB) kaj malpliiĝas transverse, kio kondukas al malfortiĝo de ĉirkaŭ 20 dB je distanco de 10 mm de la centro de la kudrilo.Kiel atendite, la enkonduko de pinta pinto (Fig. 7b) rompas ĉi tiun simetrion, kaj la kontraŭnodoj de la konstantaj ondoj "deflankas" laŭ la pinto de la kudrilo.Ŝajne, ĉi tiu malsimetrio influas la radian intensecon de la pinto de la nadlo, kiel priskribite antaŭe (Fig. 6c).Por pli bone kompreni ĉi tiun aspekton, la akustika intenseco estis taksita laŭ tranĉlinio orta al la longituda direkto de la kudrilo, kiu situis en la ebeno de simetrio de la kudrilo kaj situanta je distanco de 10 mm de la pinto de la kudrilo ( rezultas en Figuro 7c).Pli specife, sonintensecdistribuoj taksitaj je 10°, 20° kaj 30° oblikvaj anguloj (bluaj, ruĝaj kaj verdaj solidaj linioj, respektive) estis komparitaj kun la distribuo proksime de la plata fino (nigre punktitaj kurboj).La intensecdistribuo asociita kun platpintaj pingloj ŝajnas esti simetria ĉirkaŭ la centro de la kudrilo.Aparte, ĝi prenas valoron de proksimume 1420 W/m2 en la centro, superfluon de proksimume 300 W/m2 je distanco de ~8 mm, kaj tiam malpliiĝas al valoro de proksimume 170 W/m2 je ~30 mm. .Ĉar la pinto iĝas pinta, la centra lobo dividiĝas en pli da loboj de ŝanĝiĝanta intenseco.Pli specife, kiam α estis 30°, tri petaloj povus esti klare distingitaj en la profilo mezurita je 1 mm de la pinto de la kudrilo.La centra estas preskaŭ en la centro de la kudrilo kaj havas taksitan valoron de 1850 W/m2, kaj la pli alta dekstre estas ĉirkaŭ 19 mm de la centro kaj atingas 2625 W/m2.Je α = 20°, ekzistas 2 ĉefaj loboj: unu je −12 mm je 1785 W/m2 kaj unu je 14 mm je 1524 W/m2.Kiam la pinto iĝas pli akra kaj la angulo atingas 10°, maksimume 817 W/m2 estas atingita je proksimume -20 mm, kaj tri pliaj loboj de iomete pli malgranda intenseco estas videblaj laŭ la profilo.
Sonpremnivelo en la simetria ebeno y–z de kudrilo kun plata fino (a) kaj 10° bevelo (b).(c) Distribuo de akustika intenseco taksita laŭ tranĉlinio perpendikulara al la longituda direkto de la kudrilo, je distanco de 10 mm de la pinto de la kudrilo kaj kuŝanta en la ebeno de simetrio yz.La longo L estas 70 mm kaj la diametro D estas 3 mm.
Kunigitaj, ĉi tiuj rezultoj pruvas, ke medicinaj nadloj povas esti efike uzitaj por transdoni ultrasonon je 100 kHz en molajn histojn.La intenseco de la elsendita sono dependas de la geometrio de la nadlo kaj povas esti optimumigita (sub la limigoj truditaj de la enpenetreco de la fina aparato) ĝis valoroj en la gamo de 1000 W/m2 (je 10 mm).aplikita al la fundo de la kudrilo 1. En la kazo de mikrometra ofseto, la kudrilo estas konsiderata kiel plene enigita en la senfine etendiĝantan mola histo.Aparte, la bevelangulo forte influas la intensecon kaj direkton de disvastigo de sonondoj en la histo, kiu ĉefe kondukas al la ortogonaleco de la tranĉo de la pinto de la pinglo.
Por subteni la evoluon de novaj tumoraj kuracaj strategioj bazitaj sur la uzo de ne-invasivaj medicinaj teknikoj, la disvastigo de malaltfrekvenca ultrasono en la tumormedio estis analizita kaj komputile analizita.Aparte, en la unua parto de la studo, provizora elastodinamika solvo permesis al ni studi la disvastigon de ultrasonaj ondoj en solidaj tumoraj sferoidoj de konataj grandeco kaj rigideco por studi la frekvencan sentemon de la maso.Tiam, frekvencoj de la ordo de centoj da kilohercoj estis elektitaj, kaj la loka aplikado de vibrostreso en la tumormedio uzante medicinan pinglopeladon estis modeligita en nombra simulado studante la influon de la ĉefaj dezajnaj parametroj kiuj determinas la translokigon de la akustika. potenco de la instrumento al la medio.La rezultoj montras, ke medicinaj nadloj povas esti efike uzataj por surradii histojn per ultrasono, kaj ĝia intenseco estas proksime rilatita al la geometria parametro de la nadlo, nomita la laborakustika ondolongo.Fakte, la intenseco de surradiado tra la histo pliiĝas kun kreskanta interna diametro de la kudrilo, atingante maksimumon kiam la diametro estas trioble la ondolongo.La longo de la kudrilo ankaŭ disponigas ioman gradon da libereco por optimumigi malkovron.Ĉi-lasta rezulto estas ja maksimumigita kiam la pinglolongo estas fiksita al certa oblo de la funkcia ondolongo (specife 4 kaj 6).Kurioze, por la frekvenca gamo de intereso, la optimumigitaj diametro- kaj longovaloroj estas proksimaj al tiuj kutime uzataj por normaj komercaj pingloj.La bevelangulo, kiu determinas la akrecon de la kudrilo, ankaŭ influas la emisivecon, pintante je proksimume 50° kaj disponigante bonan rendimenton je proksimume 10°, kiu estas ofte uzata por komercaj pingloj..Simulaj rezultoj estos uzataj por gvidi la efektivigon kaj optimumigon de la hospitala intraneedle diagnoza platformo, integrante diagnozan kaj terapian ultrasonon kun aliaj en-aparataj terapiaj solvoj kaj realigante kunlaborajn precizecmedicinajn intervenojn.
Koenig IR, Fuchs O, Hansen G, von Mutius E. kaj Kopp MV Kio estas preciza medicino?Eur, fremda.Ĵurnalo 50, 1700391 (2017).
Collins, FS kaj Varmus, H. Novaj iniciatoj en precizecmedicino.N. eng.J. Medicino.372, 793–795 (2015).
Hsu, W., Markey, MK kaj Wang, MD.Biomedicina Bildiga Informadiko en la Precizeca Medicino-Epoko: Atingoj, Defioj kaj Ŝancoj.Konfitaĵo.medikamento.informi.Asistanto profesoro.20 (6), 1010–1013 (2013).
Garraway, LA, Verweij, J. & Ballman, KV Preciza onkologio: revizio.J. Klinika.Oncol.31, 1803-1805 (2013).
Wiwatchaitawee, K. , Quarterman, J. , Geary, S. , kaj Salem, A. Improvement in glioblastoma (GBM) terapio uzanta nanopartiklo-bazitan liversistemon.AAPS PharmSciTech 22, 71 (2021).
Aldape K, Zadeh G, Mansouri S, Reifenberger G kaj von Daimling A. Glioblastoma: patologio, molekulaj mekanismoj kaj signoj.Acta Neuropatologio.129 (6), 829–848 (2015).
Bush, NAO, Chang, SM kaj Berger, MS Nunaj kaj estontaj strategioj por la terapio de gliomo.neŭroĥirurgio.Red.40, 1–14 (2017).