شبیه سازی عددی درمان تومورهای سرطانی مغز به وسیله امواج فراصوت پرشدت و متمرکز بدون برداشتن استخوان های جمجمه

کاربرد 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.
یک 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.
به 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.
در 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.