جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه « فراصوت پرشدت و متمرکز » در نشریات گروه « پزشکی »
-
مقدمهکاربرد پزشکی امواج پر شدت و متمرکز فراصوت برای درمان تومورهای مغزی به دلیل تغییرات فاز و دامنه که به واسطه ناهمگونی های استخوان های جمجمه القاء می شود، بسیار محدود مانده است. به تازگی نشان داده شده است که روش تصحیح دامنه به وسیله معکوس کردن نسبت به زمان و جبران دامنه می تواند بر این محدودیت ها چیره شود. در این مقاله مدلی برای شبیه سازی دو بعدی روش معکوس سازی امواج نسبت به زمان ارائه شده که به خوبی نمایان گر آن است که چگونه توسط این روش می توان هر هدف دلخواه در داخل مغز را بدون نیاز به برداشتن استخوان جمجمه و به صورت کاملا غیرتهاجمی مورد هدف امواج فراصوت متمرکز قرار داد.مواد و روش هایک مدل دو بعدی از سر بر اساس تصاویر MRIمغز ساخته شده است. مدل ساخته شده می بایست شامل هندسه واقعی مغز و جمجمه باشد چرا که انتشار امواج نسبت به هندسه ناهمگون جمجمه حساس می باشد. مدل ساخته شده همچنین باید شامل محیط کوپل کننده ای باشد که وظیفه کوپل کردن تراگردان و سر برای نفوذ امواج را دارد. ماده ای که به صورت کلینیکی به این منظور استفاده می شود، آب است. خواص آکوستیکی و گرمایی محیط های بافتی از مراجع استخراج شده اند. سپس یک آنالیز کوپل شده آکوستیک و حرارتی بر مبنای معادلات هلمهولتز و بیوهیت پنس توسط نرم افزار عناصر محدود 2/3 FEMLAB بر روی رایانه ای با 8 گیگابایت حافظه رم و 4/2 مگاهرتز Dual CPU انجام شد.نتایجبه وضوح دیده می شود که امواج فراصوت دقیقا در مکان مورد نظر متمرکز می شوند. امواج به داخل سینوس ها نفوذی نداشته و از سطح آنها منعکس شده اند که به علت تفاوت زیاد سرعت صوت بین استخوان و هوا می باشد. تحت فشار آکوستیک 5/2 مگاپاسکال و 4 ثانیه صوت دهی درجه حرارت در کانون به 51 درجه سانتی گراد رسید و درجه حرارت استخوان های قبل از هدف به 31/56 درجه سانتی گراد افزایش یافت. در ناحیه پس از هدف درجه حرارت سینوس اسفنویید به 1/47 درجه سانتی گراد افزایش یافته و درجه حرارت استخوان های اوکسی پیتال به 46 درجه سانتی گراد رسید. همچنین نشان داده شد که به وسیله یک سامانه خنک کننده وکاهش دمای استخوان قبل از هدف تا 20 درجه سانتی گراد قبل از صوت دهی دمای استخوان های قبل از هدف از 40 درجه سانتی گراد تجاوز نکرده و به بافت استخوانی آسیبی وارد نخواهد شد.بحث و نتیجه گیریدر این بررسی عددی به خوبی نشان داده شد که توسط روش آیینه معکوس کننده نسبت به زمان می توان هر نقطه دلخواه در داخل مغز را بدون نیاز به برداشتن استخوان جمجمه مورد هدف قرار داد. اگر چه در مقایسه با فرکانس های بالاتر در فرکانس های پایین مانند 300 کیلوهرتز امواج فراصوت دچار تعیرات فاز و انحرافات بیشتری در حین عبور ازمحیط هایی با سرعت های صوتی بسیار متفاوت و نا همگونی های هندسی میشوند، این شبیه سازی ها نشان می دهد که حتی در فرکانس های پایین امکان تصحیح این انحرافات به وسیله روش آیینه معکوس کننده نسبت به زمان وجود دارد. شبیه سازی حرارتی نشانگر آن است که توسط این روش درجه حرارت تومورهای بسیار عمیق مغزی در چند ثانیه به درجه حرارت مرگ سلولی می رسد.
کلید واژگان: فراصوت پرشدت و متمرکز, تومور مغزی, گرما درمانی فراصوت, روش عناصر محدود}IntroductionThe medical applications of ultrasound on human brain are highly limited by the phase and amplitude aberrations induced by the heterogeneities of the skull. However, it has been shown that time reversing coupled with amplitude compensation can overcome these aberrations. In this work, a model for 2D simulation of the time reversal mirror technique is proposed to study the possibility of targeting any point within the brain without the need for craniotomy and to calculate the acoustic pressure field and the resulting temperature distribution within the skull and brain during a High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) transcranial therapy.Materials And MethodsTo overcome the sensitivity of the wave pattern to the heterogeneous geometry of the skull, a real MRI derived 2D model is constructed. The model should include the real geometry of brain and skull. The model should also include the couplant medium which has the responsibility of coupling the transducer to the skull for the penetration of ultrasound. The clinical substance used as the couplant is water. The acoustic and thermal parameters are derived from the references. Next, the wave propagation through the skull is computed based on the Helmholtz equation, with a 2D finite element analysis. The acoustic simulation is combined with a 2D thermal diffusion analysis based on Pennes Bioheat equation and the temperature elevation inside the skull and brain is computed. The numerical simulations were performed using the FEMLAB 3.2 software on a PC having 8 GB RAM and a 2.4 MHz dual CPU.ResultsIt is seen that the ultrasonic waves are exactly focalized at the location where the hydrophone has been previously implanted. There is no penetration into the sinuses and the waves are reflected from their surface because of the high discrepancy between the speed of sound in bone and air. Under the focal pressure of 2.5 MPa and after 4 seconds of sonication the temperature at the focus reached 51 °C and the temperature of the pre-target bone increased to 56.31 °C. In the post-target region the temperature of the sphenoid bone increased to 47.1 °C while the temperature of the occipital bones reached up to 46 °C. It is also shown that by using a cold water cooling system and cooling down the pre-target bones to 20 °C before sonication, the maximum pre-target bone temperature will not exceed 40 °C and hence the pre-target bone cells will remain intact.Discussion andConclusionIn this study, it is well demonstrated that by using the time reversal mirror technique it is possible to target any point within the skull without the need for craniotomy. Although at higher acoustic frequencies compared to the lower ones such as 300 kHz the ultrasound undergoes more severe aberrations while passing through media having geometrical heterogeneity and discrepant sound velocities, the simulations performed in this work show that even at such frequencies it is still possible to correct these aberrations using the time reversal mirror technique. The thermal simulations show that by using this method the temperature of the deep seated tumors can be increased to cytotoxic temperature in a few seconds.Keywords: High Intensity Focused Ultrasound, Brain Tumor, Ultrasound thermotherapy, Finite Element Method}
نکته
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.