Spas ji bo serdana Nature.com.Hûn guhertoyek gerokek bi piştgirîya CSS-ya sînorkirî bikar tînin.Ji bo ezmûna çêtirîn, em pêşniyar dikin ku hûn gerokek nûvekirî bikar bînin (an jî Moda Lihevhatinê ya di Internet Explorer de neçalak bikin).Wekî din, ji bo ku piştgirîya domdar misoger bike, em malperê bêyî şêwaz û JavaScript nîşan didin.
Sliders her slayd sê gotaran nîşan dide.Bişkojkên paş û paşê bikar bînin da ku di nav slaytan de bigerin, an jî bişkokên kontrolkerê slideyê yên li dawiyê bikar bînin da ku di her slaytê de bigerin.
Li ser bingeha hevberdana navdîsîplîn a fîzîk û zanistên jiyanê, stratejiyên tespîtkirin û dermankirinê yên ku li ser bingeha dermanê rast hatine damezrandin di van demên dawî de ji ber pêkanîna pratîkî ya rêbazên endezyariyê yên nû di gelek warên bijîşkî de, nemaze di onkolojiyê de, bala girîng kişandiye.Di vê çarçoveyê de, karanîna ultrasoundê ji bo êrişkirina şaneyên penceşêrê yên di tumoran de ji bo ku bibe sedema zirara mekanîkî ya muhtemel li ser pîvanên cihêreng bala zanyarên li çaraliyê cîhanê zêde dikişîne.Bi girtina van faktoran, li ser bingeha çareseriyên dema elastodînamîkî û simulasyonên hejmarî, em lêkolînek pêşîn a simulasyona komputerê ya belavkirina ultrasound di nav tevnan de pêşkêş dikin da ku ji hêla tîrêjkirina herêmî ve frekans û hêzên maqûl hilbijêrin.Platforma nû ya tespîtkirinê ya ji bo laboratûara teknolojiya On-Fiber, ku jê re derziya nexweşxaneyê tê gotin û jixwe hatî patent kirin.Tê bawer kirin ku encamên analîzê û têgihiştinên biyofizîkî yên têkildar dikarin rê li ber nêzîkatiyên nû yên tespîtkirin û dermankirinê yên yekbûyî vekin ku dikarin di pêşerojê de di sepana dermanê rast de rolek bingehîn bilîzin, ji qadên fîzîkê derxînin.Di navbera biyolojiyê de hevgirtinek mezin dest pê dike.
Bi xweşbînkirina hejmareke mezin a serîlêdanên klînîkî re, hewcedariya kêmkirina bandorên alî li ser nexweşan hêdî hêdî dest pê kir.Ji bo vê armancê, dermanê rast 1, 2, 3, 4, 5 bûye armancek stratejîk ji bo kêmkirina dozê dermanên ku ji nexweşan re têne şandin, bi bingehîn du nêzîkatiyên sereke dişopînin.Ya yekem li ser dermankirinek ku li gorî profîla genomîkî ya nexweş hatî çêkirin ve girêdayî ye.Ya duyemîn, ku di onkolojiyê de dibe standarda zêr, armanc dike ku ji prosedurên radestkirina dermanê pergalî dûr bisekine bi hewldana berdana piçûkek derman, di heman demê de bi karanîna terapiya herêmî rastbûnê zêde dike.Armanca dawîn ew e ku bandorên neyînî yên gelek nêzîkatiyên dermankirinê, wek kemoterapî an rêveberiya pergalî ya radyonuclides, ji holê rabike an bi kêmanî kêm bike.Li gorî celebê penceşêrê, cîh, doza tîrêjê û faktorên din ve girêdayî, tewra tedawiya radyasyonê jî dikare ji bo tevna saxlem xetereyek xwerû ya bilind hebe.Di tedawiya glioblastoma6,7,8,9 de neştergerî bi serfirazî kansera bingehîn jê dike, lê di nebûna metastazan de jî, dibe ku gelek infiltratên penceşêrê yên piçûk hebin.Ger ew bi tevahî neyên rakirin, girseyên nû yên penceşêrê dikarin di nav demek kurt de mezin bibin.Di vê çarçoveyê de, sepandina stratejiyên dermanê rast ên jorîn dijwar e ji ber ku ev înfiltrate dijwar e ku li deverek mezin were dîtin û belav kirin.Van astengan rê li ber encamên bêkêmasî digirin di pêşîlêgirtina her dûbarebûnê de bi dermanê rast, ji ber vê yekê rêbazên radestkirina pergalî di hin rewşan de têne tercîh kirin, her çend dermanên ku têne bikar anîn dikarin xwedan astên pir bilind ên jehrê bin.Ji bo derbaskirina vê pirsgirêkê, nêzîkatiya dermankirinê ya îdeal dê bikar anîna stratejiyên hindiktirîn dagîrker be ku dikare bi bijartî êrîşî hucreyên penceşêrê bike bêyî ku bandorê li ser tevna saxlem bike.Di ronahiya vê argumanê de, karanîna vibrasyonên ultrasonîk, yên ku hatine destnîşan kirin ku bandorê li şaneyên kanserê û saxlem dike, hem di pergalên yekxaneyî de hem jî di komên heterojen ên mezoscale de, wekî çareseriyek gengaz xuya dike.
Ji nêrînek mekanîzmayî, hucreyên saxlem û penceşêrê bi rastî xwedan frekansên resonantên xwezayî yên cihê ne.Ev taybetmendî bi guhertinên onkojenîk ên taybetmendiyên mekanîkî yên avahiya sîtoskeletal a hucreyên penceşêrê ve girêdayî ye12,13, dema ku şaneyên tumor, bi navînî, ji şaneyên normal deformabletir in.Bi vî rengî, digel bijartinek çêtirîn a frekansa ultrasound ji bo stimulasyonê, vibrasyonên ku li deverên hilbijartî têne çêkirin dikarin zirarê bidin strukturên kansera zindî, bandorê li ser jîngeha tendurist ya mêvandar kêm bikin.Van bandorên ku hîna bi tevahî nehatine fêm kirin dibe ku hilweşîna hin hêmanên avahîsaziya şaneyê ji ber vibrasyonên bi frekansa bilind ên ku ji hêla ultrasound ve têne çêkirin (di prensîbê de pir dişibin lîtotripsy14) û zirara şaneyê ji ber fenomenek mîna westandina mekanîkî, ku di encamê de dikare avahiya şaneyê biguhezîne. .bernamekirin û mekanobîolojî.Her çend ev çareseriya teorîk pir maqûl xuya dike, mixabin ew nikare di rewşên ku strukturên biyolojîkî yên anekoîk rê li ber sepana rasterast a ultrasound digire, wekî mînak, di sepanên intracranial de ji ber hebûna hestî, û hin girseyên tîmora pêsîrê di nav qelew de têne bikar anîn. desmal.Kêmbûn dibe ku cîhê bandora dermankirinê ya potansiyel sînordar bike.Ji bo derbaskirina van pirsgirêkan, pêdivî ye ku ultrasound li herêmê bi veguhezerên taybetî yên sêwirandî ve were sepandin ku bi qasî ku mimkun kêmtir dagîrker bigihîje cîhê tîrêjkirî.Bi vê hişê, me îhtîmala karanîna ramanên têkildarî îhtîmala afirandina platformek teknolojîk a nûjen a bi navê "nexweşxaneya derzî" 15 nirxand.Têgeha "Nexweşxane di derzîyê de" pêşkeftina amûrek bijîjkî ya hindiktirîn dagîrker ji bo sepanên tespîtkirin û dermankirinê vedihewîne, li ser bingeha tevhevkirina fonksiyonên cihêreng di yek derziyek bijîjkî de.Wekî ku di beşa Nexweşxaneyê de bi hûrgulî hate nîqaş kirin, ev cîhaza kompakt di serî de li ser avantajên 16, 17, 18, 19, 20, 21 sondajên fiber optîk ên ku, ji ber taybetmendiyên xwe, ji bo têketina nav standard 20 minasib in. derziyên tibbî, 22 lumen.Bi karanîna nermbûna ku ji hêla teknolojiya Lab-on-Fiber (LOF)23 ve hatî peyda kirin, fîber bi bandor dibe platformek bêhempa ji bo amûrên tespîtkirin û dermankirinê yên piçûkkirî û amade-kar, di nav de biopsiya şilavê û amûrên biopsiya tevnê.di vedîtina biomolekuler de24,25, radestkirina dermanê herêmî ya bi rêberiya ronahiyê26,27, wênekêşiya ultrasoundê ya herêmî ya rast-bilind28, terapiya termal29,30 û nasnameya tevna penceşêrê ya li ser bingeha spektroskopiyê31.Di çarçoveya vê têgehê de, bi karanîna nêzîkatiyek herêmîbûnê ya ku li ser bingeha cîhaza "derzî li nexweşxaneyê" ye, em îhtîmala xweşbînkirina teşwîqkirina herêmî ya strukturên biyolojîkî yên niştecîh bi karanîna belavkirina pêlên ultrasound bi nav derziyan ve vedikolin da ku pêlên ultrasound di nav devera berjewendiyê de heyecan bikin..Bi vî rengî, ultrasounda dermankirinê ya kêm-zirav dikare rasterast li devera xeternak were sepandin ji bo sonikkirina hucreyan û pêkhateyên hişk ên piçûk ên di tevnên nerm de, wekî ku di rewşa emeliyata intracranial ya jorîn de, pêdivî ye ku qulikek piçûk di qorikê de bi qulikê ve were danîn. derzî.Bi îlhama encamên teorîk û ezmûnî yên vê dawîyê ku pêşniyar dikin ku ultrasound dikare pêşveçûna hin kanserê rawestîne an dereng bike, 32,33,34 nêzîkatiya pêşniyarkirî dibe alîkar ku, bi kêmanî di prensîbê de, danûstendinên sereke yên di navbera bandorên êrîşkar û dermanker de çareser bikin.Bi van ramanan re di hişê xwe de, di gotara heyî de, em îhtîmala karanîna amûrek derziyê ya li nexweşxaneyê ji bo tedawiya ultrasoundê ya hindiktirîn a dagirker ji bo penceşêrê lêkolîn dikin.Zêdetir, di Analîzkirina Girseyên Tumorên Sferîkî de ji bo Texmînkirina beşa Frekansa Ultrasonê ya Bi Mezinbûnê ve girêdayî, em rêbazên elastodînamîkî yên baş-damezrandî û teoriya belavbûna akustîk bikar tînin da ku mezinahiya tîmorên zexm ên sferîkî yên ku di navgînek elastîk de mezin dibin pêşbîn bikin.serhişkiya ku di navbera tîmor û tevna mêvandar de ji ber vesazkirina materyalê ya ku ji hêla mezinbûnê ve hatî çêkirin pêk tê.Piştî ku pergala xwe, ku em jê re dibêjin beşa "Nexweşxane di derzî" de, di beşa "Nexweşxane di derzî de" vegot, em belavbûna pêlên ultrasonîk bi derziyên bijîjkî li frekansên pêşbînkirî analîz dikin û modela wan a hejmarî jîngehê ji bo lêkolînê radike. Parametreyên geometrîkî yên sereke (pîvaza hundurîn a rastîn, dirêjî û tûjbûna derziyê), bandorê li veguheztina hêza akustîk a amûrê dike.Ji ber hewcedariya pêşxistina stratejiyên endezyariyê yên nû ji bo dermanê rast, tê bawer kirin ku lêkolîna pêşniyarkirî dikare bibe alîkar ku amûrek nû ji bo dermankirina penceşêrê li ser bingeha karanîna ultrasoundê ku bi navgîniya platformek teragnostîk a yekbûyî ve hatî peyda kirin ku ultrasound bi çareseriyên din re yek dike.Bi hev re, wek gihandina dermanê armanckirî û tespîtkirina rast-demê di nav derziyek yek de.
Bandoriya peydakirina stratejiyên mekanîkî yên ji bo dermankirina tîmorên zexm ên herêmî bi karanîna stimulasyona ultrasonîk (ultrasonîk) bûye armanca gelek kaxezên ku hem bi teorîk û hem jî bi ezmûnî bi bandora lerizînên ultrasonîkî yên kêm-zirav li ser pergalên yek-hucreyê 10, 11, 12 mijûl dibin. , 32, 33, 34, 35, 36 Bi karanîna modelên vîskoelastîk, gelek lêkolîner bi analîtîk destnîşan kirin ku şaneyên tumor û saxlem bersivên frekansê yên cihêreng nîşan didin ku di navbeyna 10,11,12 ya Dewletên Yekbûyî de bi lûtkeyên resonant ên cihêreng têne destnîşan kirin.Ev encam destnîşan dike ku, di prensîbê de, hucreyên tumorê dikarin bi bijartî ji hêla stimulasyonên mekanîkî yên ku hawîrdora mêvandar diparêzin werin êrîş kirin.Ev tevger encamek rasterast a delîlên sereke ye ku, di pir rewşan de, hucreyên tumor ji hucreyên saxlem maqûltir in, belkî ji bo zêdekirina şiyana wan a zêdebûn û koçkirinê37,38,39,40.Li ser bingeha encamên ku bi modelên yek hucreyê hatine bidestxistin, mînakî di pîvana mîkro de, hilbijartî ya şaneyên penceşêrê di pîvana mezokî de jî bi lêkolînên jimarî yên bersivên harmonik ên berhevokên şaneyên heterojen hatine destnîşan kirin.Bi peydakirina rêjeyek cûda ya hucreyên penceşêrê û hucreyên saxlem, kombûnên pirhucreyî yên bi mezinahiya bi sedan mîkrometre bi hiyerarşîk hatine çêkirin.Di asta mezûna van koman de, hin taybetmendiyên mîkroskopî yên balkêş têne parastin ji ber pêkanîna rasterast a hêmanên avahîsaziyê yên sereke yên ku tevgera mekanîkî ya hucreyên yekane diyar dikin.Bi taybetî, her şaneyek mîmariyek-bingeha tensegrity bikar tîne da ku bersiva strukturên cytoskeletal ên cihêreng ên pêşkêşkirî teqlîd bike, bi vî rengî bandorê li ser hişkbûna wan a giştî dike12,13.Pêşbîniyên teorîk û ceribandinên in vitro yên wêjeya jorîn encamên teşwîq dane, û destnîşan dikin ku hewcedariya lêkolîna hestiyariya girseyên tîmorê ji ultrasoundê dermankerî kêm-zirav (LITUS) re heye, û nirxandina frekansa tîrêjkirina girseyên tumor pir girîng e.helwesta LITUS ji bo serîlêdana li ser malperê.
Lêbelê, di asta tevnvîsê de, danasîna submakroskopî ya pêkhateya kesane bi neçarî winda dibe, û taybetmendiyên tevna tîmorê dikare bi karanîna rêbazên rêzdar were şopandin da ku mezinbûna girseyê û pêvajoyên nûvekirina stresê bişopîne, bi girtina bandorên makroskopî yên mezinbûnî.-Li ser pîvana 41.42-ê di elasticîteya tevnvîsê de guhertin çêdibe.Bi rastî, berevajî pergalên yekxaneyî û tevhevî, girseyên tumor ên hişk di tevnên nerm de mezin dibin ji ber kombûna hêdî-hêdî ya stresên mayî yên nelirêtî, ku ji ber zêdebûna hişkbûna giştî ya intratumoral taybetmendiyên mekanîkî yên xwezayî diguhezîne, û skleroza tumor bi gelemperî dibe faktorek diyarker di tespîtkirina tumor.
Bi van ramanan re di hişê xwe de, li vir em bersiva sonodînamîkî ya sferoîdên tîmorê yên ku wekî tevlêbûnên spherîkî yên elastîk ên ku di hawîrdorek tevnek normal de mezin dibin têne model kirin analîz dikin.Zêdetir, taybetmendiyên elastîk ên ku bi qonaxa tumorê ve girêdayî ne, li ser bingeha encamên teorîk û ezmûnî yên ku ji hêla hin nivîskaran ve di xebata berê de hatine bidestxistin, hatine destnîşankirin.Di nav wan de, pêşkeftina sferoîdên tîmora zexm ên ku di vivo de di navgînên heterojen de hatine mezin kirin, bi karanîna modelên mekanîkî yên ne-xêzkirî 41,43,44 bi hev re digel dînamîkên navcureyî ve hatî lêkolîn kirin da ku pêşkeftina girseyên tumor û stresa intratumoral a têkildar pêşbîn bike.Wekî ku li jor hatî behs kirin, mezinbûn (mînak, pêşkêşkirina neelastîk) û stresa mayî dibe sedema nûvekirina pêşkeftî ya taybetmendiyên materyalê tumor, bi vî rengî bersiva wê ya akustîk jî diguhezîne.Girîng e ku were zanîn ku di ref.41 hev-pêşveçûna mezinbûn û stresa zexm a di tumoran de di kampanyayên ceribandinê de di modelên heywanan de hate destnîşan kirin.Bi taybetî, danberheva serhişkiya girseyên tîmora pêsîrê yên ku di qonaxên cihêreng de hatine vejandin bi serhişkiya ku bi ji nû ve hilberandina şert û mercên wekhev di silîkoyê de li ser modelek hêmanek dawîn a spherîkî ya bi heman pîvanan ve hatî peyda kirin û girtina qada stresê ya mayî ya pêşbînkirî, rêbaza pêşniyarkirî piştrast kir. derbasbûna model..Di vê xebatê de, encamên teorîk û ezmûnî yên berê hatine bidestxistin ji bo pêşxistina stratejiyek dermankirinê ya nû ya pêşkeftî têne bikar anîn.Bi taybetî, mezinahiyên pêşbînkirî yên bi taybetmendiyên berxwedana pêşkeftina têkildar li vir hatin hesibandin, ku bi vî rengî ji bo texmînkirina rêzikên frekansê yên ku girseyên tîmorê yên di hawîrdora mêvandar de hesastir in têne bikar anîn.Ji bo vê armancê, me bi vî rengî tevgera dînamîkî ya girseya tumorê di qonaxên cihêreng de, ku di qonaxên cihêreng de hatî girtin de, lêkolîn kir, li gorî prensîba bi gelemperî pejirandî ya belavbûnê di bersivê de li ser stimulasyonên ultrasonîk û ronîkirina diyardeyên resonant ên muhtemel ên spheroidê. .li ser tîmor û mêvandarê Cûdahiyên bi mezinbûnê ve girêdayî di serhişkiya di navbera tevnan de.
Bi vî rengî, girseyên tîmorê wekî qadên elastîk ên tîrêjê \(a\) li hawîrdora elastîk a hawîrdorê ya mêvandar li ser bingeha daneyên ceribandinê hatin model kirin ku nîşan dide ka çawa strukturên xirab ên mezin li cîhê di şiklên ferîkî de mezin dibin.Li gorî jimar 1, bi karanîna koordînatên gerokî \(\{ r,\theta,\varphi \}\) (ku \(\theta\) û \(\varphi\) bi rêzê goşeya anomalî û goşeya asîmut temsîl dikin), domaina tumorê Herêma ku di cîhê saxlem de cih girtiye dagir dike \({\mathcal {V}}_{T}=\{ (r,\theta ,\varphi ):r\le a\}\) herêma bêsînor \({\mathcal { V} }_{H} = \{ (r,\theta,\varphi):r > a\}\).Ji bo danasîna bêkêmasî ya modela matematîkî ya ku li ser bingeha elastodînamîka baş-sazkirî ya ku di gelek edebiyatan de45,46,47,48 de hatî ragihandin, li Agahdariya Pêvek (SI) vedigerin, em li vir pirsgirêkek ku bi moda oscilasyona aksîmetrîk ve tête diyar kirin dihesibînin.Ev texmîn tê vê wateyê ku hemî guhêrbarên di hundurê tumor û deverên saxlem de ji hevrêziya azimuthal \(\varphi\) serbixwe ne û ku di vî alî de guheztinek çênabe.Ji ber vê yekê, qadên jicîhûwarkirin û stresê ji du potansiyelên scalar têne wergirtin \(\phi = \hat{\phi}\left({r,\theta} \rast)e^{{ - i \omega {\kern 1pt } t }}\) û \(\chi = \hat{\chi }\çep({r,\theta } \rast)e^{{ - i\omega {\kern 1pt} t }}\) , ew in bi rêzê ve girêdayî pêlek dirêjî û pêleka birînê, dema rasthatina t ya di navbera hilkişîna \(\theta \) û goşeya di navbera arasteka pêla bûyerê û vektora pozîsyonê de \({\mathbf {x))\) ( wek di jimar 1 de tê nîşandan) û \(\omega = 2\pi f\) frekansa goşeyê nîşan dide.Bi taybetî, qada bûyerê ji hêla pêla balafirê \(\phi_{H}^{(li)}\) (di pergala SI de, di hevkêşana (A.9) de jî hatî destnîşan kirin) tê model kirin) ku di qebareya laş de belav dibe. li gor îfadeya qanûnê
ku \(\phi_{0}\) parametreya amplitudê ye.Berfirehbûna ferîkî ya pêlek balafirê ya rûdayî (1) bi karanîna fonksiyonek pêla sperîkî argumana standard e:
Li ku derê \(j_{n}\) fonksiyona Besselê ya gûherî ya rêza yekem a \(n\) ye, û \(P_{n}\) pirnomiya Legendre ye.Beşek ji pêla bûyerê ya qada veberhênanê di navgîna derdorê de belav dibe û qada bûyerê li hev digire, lê beşa din di hundurê zeviyê de belav dibe, ku beşdarî lerizîna wê dibe.Ji bo vê yekê, çareseriyên ahengsaz ên hevkêşana pêlê \(\nabla^{2} \hat{\phi } + k_{1}^{2} {\mkern 1mu} \hat{\phi } = 0\,\ ) û \ (\ nabla^{2} {\mkern 1mu} \hat{\chi } + k_{2}^{2} \hat{\chi } = 0\), ji bo nimûne ji hêla Eringen45 ve hatî peyda kirin (li SI jî binêre ) dibe ku tumor û deverên saxlem nîşan bide.Bi taybetî, pêlên berbelavbûnê yên belavbûyî û pêlên isovolumîk ên ku di navgîna mêvandar \(H\) de têne hilberandin, enerjiyên xwe yên potansiyel ên têkildar qebûl dikin:
Di nav wan de, fonksiyona Hankel a spherîkî ya celebê yekem \(h_{n}^{(1)}\) tê bikar anîn da ku pêla berbelavbûyî ya derketinê were hesibandin, û \(\alpha_{n}\) û \(\beta_{ n}\ ) hevberên nenas in.di hevkêşeyê de.Di hevkêşeyên (2)-(4) de, têgînên \(k_{H1}\) û \(k_{H2}\) bi rêzê, hejmarên pêlên kêmbûn û pêlên gerguhêz li qada sereke ya laş destnîşan dikin ( SI bibînin).Zeviyên kompresyonê yên di hundurê tumor û veguheztinê de xwedî form in
Li cihê ku \(k_{T1}\) û \(k_{T2}\) jimareyên pêlên dirêjî û gerguhêz ên li herêma tumorê temsîl dikin, û hevberên nenas \(\ gamma_{n} {\mkern 1mu}\) in, \(\ eta_{n} {\mkern 1mu}\).Li ser bingeha van encaman, hêmanên jicîhûwarkirina radîkal û dorhêlî yên ne-sifir taybetmendiya herêmên saxlem ên di pirsgirêka li ber çavan de ne, wek \(u_{Hr}\) û \(u_{H\theta}\) (\(u_{ H\ varphi }\) texmîna simetrîyê êdî ne hewce ye) - dikare ji pêwendiya \(u_{Hr} = \partial_{r} \left( {\phi + \partial_{r} (r\chi) were wergirtin. } \rast) + k_}^{2 } {\mkern 1mu} r\chi\) û \(u_{H\theta} = r^{- 1} \partial_{\theta} \çep({\phi + \partial_{r} (r\chi) } \rast)\) bi avakirina \(\phi = \phi_{H}^{(li)} + \phi_{H}^{(s)}\) û \) (\chi = \chi_ {H}^ {(s)}\) (ji bo derbirîna matematîkî ya berfireh li SI binêre).Bi heman awayî, li şûna \(\phi = \phi_{T}^{(s)}\) û \(\chi = \chi_{T}^{(s)}\) vedigere {Tr} = \partial_{r} \çep( {\phi + \partial_{r} (r\chi)} \rast) + k_{T2}^{2} {\mkern 1mu} r\chi\) û \(u_{T\theta} = r^{-1}\partial _{\theta }\çep({\phi +\partial_{r}(r\chi)}\rast)\).
(Çep) Geometrîya tîmorek gewherî ya ku di hawîrdorek saxlem de mezin dibe, ku tê de zeviyek bûyerê belav dibe, (rast) Pêşveçûna têkildar a rêjeya hişkiya tumor-mêvandarê wekî fonksiyonek tîrêjê tîmorê, daneya ragihandinê (ji Carotenuto et al. 41 ve hatî veguheztin) di testên kompresyonê de vitro ji tumorên pêsîrê yên zexm ên ku bi şaneyên MDA-MB-231 ve hatine vedan hatine wergirtin.
Bi texmînkirina materyalên elastîk û îzotropîk ên xêzkirî, pêkhateyên stresê yên ne-sifir li herêmên saxlem û tumor, ango \(\sigma_{Hpq}\) û \(\sigma_{Tpq}\) - guh bidin qanûna Hooke ya giştî, ji ber ku li wir Modulên Lamé yên cihêreng in, ku elastîkbûna mêvandar û tumorê diyar dikin, wekî \(\{ \mu_{H},\,\lambda_{H} \}\) û \(\{ \mu_{T},\, \lambda_ têne destnîşan kirin. {T} \ }\) (Ji bo bilêvkirina tevahî pêkhateyên stresê yên ku di SI-yê de têne temsîl kirin li Hevkêşana (A.11) binêre).Bi taybetî, li gorî daneyên di referansa 41-ê de û di Xiflteya 1-ê de hatî pêşkêş kirin, tîmorên mezin dibin guhertinek di domdarên elastîka tevnê de nîşan didin.Ji ber vê yekê, jicîhûwarkirin û zextên li herêmên mêvandar û tumor bi tevahî heya komek domdarên nenas têne destnîşankirin \({{ \varvec{\upxi}}}_{n} = \{ \alpha_{n},{\mkern 1mu } \ beta_{ n} {\mkern 1mu} \gamma_{n} ,\eta_{n} \}\) ji hêla teorîkî ve pîvanên bêdawî hene.Ji bo dîtina van vektorên hevserokê, navberên guncan û şertên sînorî yên di navbera tumor û deverên saxlem de têne destnîşan kirin.Bi texmîna girêdana bêkêmasî ya di navgîniya mîzê-mêvandarê \(r = a\) de, domdariya jicîhûwarkirin û stresan şertên jêrîn hewce dike:
Pergala (7) bi çareseriyên bêdawî pergalek hevkêşan pêk tîne.Wekî din, her şertek sînor dê bi anormaliya \(\theta\) ve girêdayî be.Ji bo kêmkirina pirsgirêka nirxa sînorî ji bo pirsgirêkek cebrîkî ya tevahî bi \(N\) pergalên girtî, ku her yek ji wan di nav nenas \({{\varvec{\upxi}}}_{n} = \{ \alpha_ de ne. {n},{ \mkern 1mu} \beta_{n} {\mkern 1mu} \gamma_{n}, \eta_{n} \}_{n = 0,…,N}\) (bi \ ( N \ heta \infty\), bi teorî), û ji bo rakirina girêdayîbûna hevkêşeyan bi şertên trigonometriyê, şert û mercên navberê bi rengek qels bi karanîna ortogonalîteya pirnomîlên Legendre têne nivîsandin.Bi taybetî hevkêşana (7)1,2 û (7)3,4 bi \(P_{n} \left( {\cos \theta} \rast)\) û \(P_{n}^{ têne zêdekirin. 1} \left( { \cos\theta}\rast)\) û dûv re di navbera \(0\) û \(\pi\) de bi karanîna nasnameyên matematîkî entegre bike:
Ji ber vê yekê, şerta navberê (7) pergala hevkêşana cebrî ya çargoşe vedigerîne, ku dikare di forma matrixê de wekî \({\mathbb{D}}_{n} (a) \cdot {{\varvec{\upxi }} were diyar kirin. } _{ n} = {\mathbf{q}}_{n} (a)\) û bi çareserkirina qaîdeya Cramer ve, \({{\varvec{\upxi}}}_{n}\ ) nenas bistînin.
Ji bo texmînkirina herikîna enerjiyê ya ku ji hêla qalikê ve hatî belav kirin û agahdariya li ser bersiva wê ya akustîk li ser bingeha daneyên li ser zeviya belabûyî ya ku di navgîna mêvandar de belav dibe, werdigire, mîqdarek akustîk balkêş e, ku beşa xaça belavbûna bistatîk a normalîzekirî ye.Bi taybetî, beşa xaça belavbûyî, ku \(s) tê binavkirin, rêjeya di navbera hêza akustîk a ku ji hêla sînyala belavbûyî ve hatî veguheztin û dabeşkirina enerjiyê ya ku ji hêla pêla bûyerê ve tê hilanîn diyar dike.Di vî warî de, mezinahiya fonksiyona şeklê \(\çep| {F_{\infty} \left(\theta \rast)} \rast|^{2}\) di lêkolîna mekanîzmayên dengbêjiyê de hêjmarek e ku pir caran tê bikar anîn. di nav şilek an zirav de hatine bicihkirin.Zêdetir, amplîtuda fonksiyona şeklê wekî beşa xaça belavbûna cihêreng \(ds\) li ser yekîneya herêmê tê pênase kirin, ku ji hêla asayîbûna berbi berbelavbûna pêla bûyerê ve cûda dibe:
ku \(f_{n}^{pp}\) û \(f_{n}^{ps}\) fonksiyona modal nîşan dide, ku li gorî rêjeya hêza pêla dirêjî û pêla belavbûyî li gorî Bûyera pêla P-ya di navgîna wergirtinê de, bi rêzê ve, bi bêjeyên jêrîn têne dayîn:
Fonksiyonên pêla qismî (10) dikarin li gorî teoriya belavbûna resonant (RST) 49,50,51,52 serbixwe werin lêkolîn kirin, ku di dema xwendina şêwazên cihêreng de gengaz dike ku elasticiya armancê ji qada tevhevî ya bêserûber veqetîne.Li gorî vê rêbazê, fonksiyona forma modal dikare bi kombûna du beşên wekhev veqetîne, ango \(f_{n} = f_{n}^{(res)} + f_{n}^{(b)}\ ) bi rêzê ve bi amplituda paşxaneya resonant û neresonant ve girêdayî ne.Fonksiyona şeklê moda resonantê bi bersiva armancê ve girêdayî ye, dema ku paşxane bi gelemperî bi şeklê belavker ve girêdayî ye.Ji bo tesbîtkirina forma yekem a armancê ji bo her modê, mezinahiya fonksiyona şeklê rezonansê ya modal \(\çep| {f_{n}^{(res)} \left( \theta \rast)} \rast|\ ) tê hesabkirin ku paşxaneyek hişk, ku di materyalek mêvandar a elastîk de ji qadên bênavber pêk tê, tê hesibandin.Ev hîpotez ji hêla vê rastiyê ve tête motîv kirin ku, bi gelemperî, hem hişkbûn û hem jî zexm bi mezinbûna girseya tîmorê re ji ber stresa zextê ya mayî zêde dibin.Ji ber vê yekê, di astek giran a mezinbûnê de, rêjeya impedansê \(\rho_{T} c_{1T} /\rho_{H} c_{1H}\) tê çaverê kirin ku ji 1-ê mezintir be ji bo piraniya tîmorên hişk ên makroskopî yên ku di nerm de pêşve diçin. tevnvîsên.Mînakî, Krouskop et al.53 ji bo tevna prostatê rêjeya kanserê bi modula normal bi qasî 4 ragihand, dema ku ev nirx ji bo nimûneyên tevna pêsîrê gihîşt 20.Van têkiliyan bi neçarî impedansa akustîk a tevnê diguhezînin, wekî ku ji hêla analîza elastografiyê ve jî hate destnîşan kirin54,55,56, û dibe ku bi qelewbûna tevna herêmî ya ku ji hêla hîperproliferasyona tumorê ve hatî çêkirin ve têkildar be.Di heman demê de ev cûdahî bi ceribandinên hêsan ên kompresyonê yên blokên tîmora pêsîrê yên ku di qonaxên cihêreng de mezin bûne32, bi ceribandinê ve hatî dîtin, û nûvekirina materyalê dikare bi modelên xaça-cureyên pêşbînîkirî yên tîmorên ne-xêzikî yên mezinbûyî re baş were şopandin43,44.Daneyên hişkbûnê yên ku hatine bidestxistin rasterast bi pêşkeftina Modula Young ya tîmorên hişk ve girêdayî ne li gorî formula \(E_{T} = S\left( {1 - \nu ^{2} } \rast)/a\sqrt \ varepsilon\ )( qalên bi tîrêjê \(a\), hişkî \(S\) û rêjeya Poisson \(\nu\) di navbera du lewheyên hişk 57 de, wek ku di jimar 1 de tê xuyang kirin).Bi vî rengî, gengaz e ku meriv pîvanên impedansê yên akustîk ên tumor û mêvandar di astên mezinbûnê yên cihêreng de werbigire.Bi taybetî, bi danberheva bi modula tevna normal ya ku di Xiflteya 1-ê de 2 kPa ye, modula elastîk a tîmorên pêsîrê yên di navberê de bi qasî 500 heta 1250 mm3 dibe sedema zêdebûnek ji nêzîkê 10 kPa bo 16 kPa, ku ev e. bi daneyên ragihandinê re hevaheng e.di referansên 58, 59 de hate dîtin ku zexta di nimûneyên tevna pêsîrê de 0,25-4 kPa ye bi pêşkompresyonê winda dibe.Di heman demê de bihesibînin ku rêjeya Poisson ya tevnek hema hema neqemkirî 41,60 e, ku tê vê wateyê ku her ku hejmûn zêde dibe tîrêjiya tevneyê pir nayê guheztin.Bi taybetî, girseya nifûsa navîn \(\rho = 945\,{\text{kg}}\,{\text{m}}}^{ – 3}\)61 tê bikaranîn.Bi van ramanan re, hişkbûn dikare bi karanîna bêjeya jêrîn bi moda paşîn bigire:
Cihê ku domdariya nenas \(\widehat{{{\varvec{\upxi))))_{n} = \{\delta_{n} ,\upsilon_{n} \}\) dikare li gorî domdariyê were hesibandin. bias (7)2,4, ango bi çareserkirina pergala cebrî \(\widehat{{\mathbb{D}}}}_{n} (a) \cdot \widehat{({\varvec{\upxi}} } } _{n } = \widehat{{\mathbf{q}}}}_{n} (a)\) bi piçûkan re têkildar e\(\widehat{{\mathbb{D}}}_{n} (a) = \ { { \ mathbb{D}}_{n} (a)\}_{{\{ (1,3),(1,3)\} }}\) û vektora stûnê ya hêsankirî\(\widehat {{\mathbf {q}}}_{n} (a)\ Di hevkêşeyê de zanîna bingehîn peyda dike, du amplituda moda resonantê ya paşverû \(\çep| {f_{n}^{). \left( {res} \rast)\,pp}} \left( \theta \rast)} \rast = \çep|{f_{n}^{pp} \left( \theta \rast) – f_{ n}^{pp(b)} \çep( \theta \rast)} \rast|\) û \( \çep|{f_{n}^{{\çep( {res} \rast)\,ps} } \left( \theta \rast)} \rast|= \çep|{f_{n}^{ps} \left( \theta \rast) – f_{n}^{ps(b)} \çep( \ theta \rast)} \rast|\) bi rêzê ve li ser heyecana pêla P û refleksa pêla P û S-yê vedibêje.Wekî din, amplîtuda yekem wekî \(\theta = \pi\) hate texmîn kirin, û amplituda duyemîn wekî \(\theta = \pi/4\) hate texmîn kirin.Bi barkirina taybetmendiyên pêkhatî yên cihêreng.Wêneyê 2 destnîşan dike ku taybetmendiyên resonant ên sferoîdên tîmorê yên bi dirêjahiya 15 mm bi giranî di bandê frekansa 50-400 kHz de têne berhev kirin, ku ev yek îhtîmala karanîna ultrasound-frekansa nizm destnîşan dike ku ji bo teşwîqkirina tîmora resonant vekêşe.hucreyan.Zêde.Di vê bandê frekansê de, analîza RST ji bo modên 1 heta 6, formantên yek-mode eşkere kir, ku di Xiflteya 3-ê de hatine ronî kirin. Li vir, hem pêlên pp- û hem jî ps-belavbûyî formantên celebê yekem nîşan didin, ku di frekansên pir nizm de çêdibin, ku ji zêde dibin. ji bo moda 1-ê ji 20 kHz heya 60 kHz ji bo n = 6-ê, di tîrêjê deverek de cûdahiyek girîng nîşan nade.Dûv re fonksiyona resonantê ps xera dibe, di heman demê de berhevoka formantên pp bi amplituda mezin periyodîkek bi qasî 60 kHz peyda dike, bi zêdebûna jimareya modê re guheztinek frekansa bilindtir nîşan dide.Hemî vekolîn bi karanîna nermalava hesabkirinê ya Mathematica®62 hatin kirin.
Fonksiyonên forma paşvekêşanê yên ku ji modula tîmorên pêsîrê yên bi mezinahiyên cihêreng têne wergirtin di Fig. 1 de têne xuyang kirin, ku li wir bandên belavbûnê yên herî bilind li gorî serpêhatiya modê têne xuyang kirin.
Rezonansên modên hilbijartî ji \(n = 1\) heya \(n = 6\), ku li ser heyecan û ronîkirina pêla P-ê di mezinahiyên tumor ên cihêreng de têne hesibandin (çavên reş ji \(\çep | {f_{ n} ^ {{\ çep ( {res} \rast)\,pp}} \çep ( \pi \rast)} \rast = \çep| f_{n }^{pp(b)} \çep( \pi \rast)} \rast|\)) û heyecana pêla P û refleksa pêla S-ê (kevirên gewr ku ji hêla fonksiyona şeklê modal ve têne dayîn \( \çep | { f_{n }^{{\left( {res} \rast)\,ps}} \left( {\pi /4} \rast)} \rast = \çep| \çep( {\pi /4} \rast) – f_{n}^{ps(b)} \çep( {\pi /4} \rast)} \rast |\)).
Encamên vê analîza pêşîn a ku bi karanîna şert û mercên belavbûna zeviyê dûr dikare rêberiya hilbijartina frekansên ajotinê-taybetî di simulasyonên jimarî yên jêrîn de bike da ku bandora stresa mîkrovibrasyonê ya li ser girseyê lêkolîn bike.Encam destnîşan dikin ku kalibrasyona frekansên çêtirîn di dema mezinbûna tumor de dikare qonax-taybetî be û dikare bi karanîna encamên modelên mezinbûnê were destnîşankirin da ku stratejiyên biomekanîkî yên ku di tedawiya nexweşiyê de têne bikar anîn da ku rast pêşbînkirina nûvekirina tevneyê were bikar anîn.
Pêşketinên girîng ên di nanoteknolojiyê de civaka zanistî dihêlin ku çareserî û rêbazên nû bibînin da ku amûrên bijîjkî yên piçûkkirî û hindiktirîn dagîrker ji bo sepanên in vivo pêşve bibin.Di vê çarçoveyê de, teknolojiya LOF ji bo berfirehkirina kapasîteyên fîberên optîkî, ji bo sepanên zanistiya jiyanê21, 63, 64, 65, îmkana pêşxistina amûrên fîber optîk ên nû yên kêmtirîn îşxalker nîşan daye. Fikra yekkirina materyalên 2D û 3D bi taybetmendiyên kîmyewî, biyolojîkî û optîkî yên xwestî yên li ser aliyên 25 û/an dawiya 64 fîberên optîkî bi kontrolkirina cîhê ya tam di asta nanoyê de dibe sedema derketina çînek nû ya nanooptodên fîber optîk.xwedan cûrbecûr fonksiyonên tespîtkirin û dermankirinê ye.Balkêş e, ji ber taybetmendiyên wan ên geometrîk û mekanîkî (beşa xaça piçûk, rêjeya mezin, nermbûn, giraniya kêm) û biyolojiya materyalan (bi gelemperî cam an polîmer), fîberên optîkî ji bo têketina nav derzî û kateteran baş in.Serîlêdanên bijîjkî20, rê li ber dîtinek nû ya "nexweşxaneya derzî" vedike (binêre Xiflteya 4).
Di rastiyê de, ji ber dereceyên azadiyê yên ku ji hêla teknolojiya LOF ve têne peyda kirin, bi karanîna yekbûna mîkro- û nanostrukturên ku ji cûrbecûr materyalên metallîk û/an dîelektrîkî hatine çêkirin, fîberên optîkî dikarin ji bo serîlêdanên taybetî yên ku pir caran piştgirî didin heyecana moda resonant bi rêkûpêk fonksiyonel bikin., Zeviya ronahiyê 21 bi hêz e.Girtina ronahiyê li ser pîvanek dirêjahiya jêr, bi gelemperî bi pêvajoyek kîmyewî û/an biyolojîkî63 û tevhevkirina materyalên hestiyar ên wekî polîmerên zîrek65,66 dikare kontrolê li ser danûstendina ronahiyê û maddeyê zêde bike, ku dikare ji bo mebestên theranostîkî kêrhatî be.Hilbijartina cure û mezinahiya pêkhateyên/materyalên yekbûyî eşkere bi pîvanên fizîkî, biyolojîkî an kîmyewî yên ku bêne tespît kirin ve girêdayî ye21,63.
Yekbûna sondajên LOF-ê di nav derziyên bijîjkî yên ku ber bi deverên taybetî yên laş ve têne rêve kirin dê biopsîyonên şilav û tevnvîsê yên herêmî di vivo de bihêle, rê bide dermankirina herêmî ya hevdem, kêmkirina bandorên alî û zêdekirina karîgeriyê.Derfetên potansiyel tesbîtkirina biomolekulên cihêreng ên gerok, tevî kanserê jî vedihewîne.biomarker an mîkroRNA (miRNAs)67, nasîna tevnên penceşêrê bi karanîna spektroskopiya xêzik û ne-xêzikî wekî spektroskopiya Raman (SERS)31, wênekêşiya fotoakûstîk a bi rezîliya bilind22,28,68, emeliyata lazer û ablation69, û dermanên radestkirina herêmî bi karanîna ronahiyê27 û rêberiya otomatîkî ya derziyan di laşê mirov de20.Hêjayî gotinê ye ku her çend karanîna fîberên optîkî ji dezawantajên tîpîk ên rêbazên "klasîk" ên ku li ser hêmanên elektronîkî têne damezrandin, wek hewcedariya girêdanên elektrîkê û hebûna destwerdana elektromagnetîk dûr dixe, ev dihêle ku senzorên LOF-ê yên cihêreng bi bandor di nav de bêne yek kirin. sîstem.yek derziyê tibbî.Pêdivî ye ku balek taybetî ji bo kêmkirina bandorên zirardar ên wekî qirêjî, destwerdana optîkî, astengiyên laşî yên ku di navbera fonksiyonên cihêreng de dibe sedema bandorên guheztinê were dayîn.Lêbelê, ev jî rast e ku gelek fonksiyonên ku hatine destnîşan kirin ne hewce ne ku di heman demê de çalak bin.Ev aliyek gengaz dike ku bi kêmanî destwerdanê kêm bike, bi vî rengî bandora neyînî li ser performansa her lêpirsînê û rastbûna prosedurê sînordar bike.Van ramanan rê didin me ku em têgeha "derziyê li nexweşxaneyê" wekî dîtiniyek hêsan bibînin da ku bingehek zexm ji nifşa paşîn a derziyên dermankirinê yên di zanistên jiyanê de deynin.
Di derbarê serîlêdana taybetî ya ku di vê gotarê de hatî nîqaş kirin, di beşa paşîn de em ê bi hejmarî vekolîna kapasîteya derziyek bijîjkî bikin ku pêlên ultrasonîk di nav tevnên mirovan de bi karanîna belavkirina wan li ser eksê xwe bi rê ve bibe.
Belavkirina pêlên ultrasonîk di nav derziyek bijîjkî ya ku bi avê dagirtî û têxe nav tevnên nerm (binêre di xêza Fig. 5a) de bi karanîna nermalava Comsol Multiphysics a bazirganî ya li ser bingeha rêbaza hêmanên dawî (FEM) 70 hate model kirin, ku derzî û tevnek têne model kirin. wekî hawîrdora elastîk a xêzkirî.
Li gorî jimar 5b, derzî wekî silindirek vala (ku wekî "kanûla" jî tê zanîn) ji pola zengarnegir hatî çêkirin, ku materyalek standard ji bo derziyên bijîjkî ye, hatî model kirin71.Bi taybetî, ew bi modula Young E = 205 GPa, rêjeya Poisson ν = 0,28, û tîrêjê ρ = 7850 kg m -372,73 hate model kirin.Ji hêla geometrîkî ve, derzî bi dirêjiya L, pîvanek hundurîn D (ku jê re "paqij" jî tê gotin) û stûrahiya dîwar t tête diyar kirin.Wekî din, serê derziyê li gorî arasteka dirêjî (z) bi goşeya α ve tê hesibandin.Hêjmara avê bi bingehîn bi şiklê devera hundurê derziyê re têkildar e.Di vê analîza pêşîn de, tê texmîn kirin ku derzî bi tevahî di nav deverek tevnvîsê de (tê texmîn kirin ku bêdawî dirêj bibe), hate model kirin ku wekî qada rs a radiusê, ku di hemî simulasyonan de li 85 mm domdar dimîne.Bi hûrgulî, em devera ferîkî bi qatek bêkêmasî lihevhatî (PML) biqedînin, ku bi kêmanî pêlên nedilxwaz ên ku ji sînorên "xeyalî" têne xuyang kirin kêm dike.Dûv re me radyoya rs hilbijart da ku sînorê domana ferîkî bi têra xwe ji derziyê dûr bixin da ku bandorê li çareseriya hesabkirinê neke, û têra xwe piçûk bike ku bandorê li lêçûna hesabkerî ya simulasyonê neke.
Veguheztina dirêjî ya ahengî ya frekansa f û amplitude A li ser sînorê jêrîn ê geometriya stîlusê tê sepandin;ev rewş teşwîqek têketinê ya ku li geometriya simulkirî tê sepandin temsîl dike.Li sînorên mayî yên derziyê (di têkiliya bi tevn û avê de), modela pejirandî tê hesibandin ku têkiliyek di navbera du diyardeyên laşî de, yek ji wan bi mekanîka avahîsaziyê ve (ji bo qada derziyê) ve girêdayî ye, û ya din ji bo mekanîka strukturel.(ji bo herêma pizrik), ji ber vê yekê şert û mercên lihevhatî li ser dengbêjiyê (ji bo av û devera bezê) têne danîn74.Bi taybetî, lerizînên piçûk ên ku li ser kursiya derziyê têne sepandin dibe sedema tevliheviyên piçûk ên voltaja;Bi vî awayî, bihesibînin ku derzî mîna navgînek elastîk tevdigere, vektora jicîhûwarkirinê U dikare ji hevsengiya hevsengiya elastodînamîk (Navier)75 were texmîn kirin.Lewrebûna strukturên derziyê dibe sedema guhertinên di zexta avê ya di hundurê wê de (di modela me de wekî rawestgeh tê hesibandin), di encamê de pêlên deng di riya dirêjî ya derziyê de belav dibin, di bingeh de li gorî hevkêşeya Helmholtz76.Di dawiyê de, bihesibînin ku bandorên nehêlî yên di tevnvîsan de neguhêzbar in û ku mezinahiya pêlên birînê ji mezinahiya pêlên zextê pir piçûktir e, hevkêşeya Helmholtz dikare ji bo modela belavkirina pêlên dengî di tevnên nerm de jî were bikar anîn.Piştî vê nêzîkbûnê, tevnek wekî şilek77 bi tîrêjiya 1000 kg/m3 û bi leza deng 1540 m/s tê hesibandin (bandorên şilkirinê yên girêdayî frekansê paşguh nake).Ji bo girêdana van her du qadên fizîkî, pêdivî ye ku domdariya tevgera normal li ser sînorê hişk û şil, hevsengiya statîk a di navbera zext û stresê de perpendîkular li ser sînorê hişk, û stresa tangential li ser sînorê hişk were misoger kirin. divê şil bibe sifir.75 .
Di analîza xwe de, em belavbûna pêlên dengbêjî li ser derziyek di bin şert û mercên sekinî de lêkolîn dikin, balê dikişînin ser bandora geometriya derziyê li ser belavbûna pêlan di hundurê tevnê de.Bi taybetî, me bandora pîvana hundurê derziyê D, dirêjahiya L û goşeya bevel α lêkolîn kir, ji bo hemî dozên ku hatine lêkolîn kirin stûrahiya t li 500 μm sabît hişt.Ev nirxa t ji bo derziyên bazirganî nêzî qalindahiya dîwarê standard 71 e.
Bêyî windakirina gelemperî, frekansa f ya veguheztina ahengek ku li bingeha derziyê hatî sepandin wekî 100 kHz hate girtin, û amplitude A 1 μm bû.Bi taybetî, frekansa li ser 100 kHz hate danîn, ku ev yek bi texmînên analîtîk ên ku di beşa "Analîzkirina belavbûna girseyên tîmorê yên spherîkî de ji bo texmînkirina frekansên ultrasound-girêdayî mezinbûnê" ve girêdayî ye, ku li wir tevgerek mîna rezonansê ya girseyên tîmorê hate dîtin. frekansa 50-400 kHz, bi mezintirîn firehbûna belavbûnê li frekansên jêrîn li dora 100-200 kHz komkirî ye (binêre Fig. 2).
Parametreya yekem a ku hat lêkolîn kirin pîvana hundurîn D ya derziyê bû.Ji bo rehetiyê, ew wekî perçeyek yekjimar a dirêjahiya pêla akustîk a di valahiya derziyê de (ango, di avê de λW = 1,5 mm) tê pênase kirin.Bi rastî, diyardeyên belavbûna pêlê di cîhazên ku ji hêla geometrîyek diyarkirî ve têne xuyang kirin (mînakî, di rêgezek pêlekê de) bi gelemperî bi mezinahiya karakterîstîkî ya geometriyê ve girêdayî ye ku li gorî dirêjahiya pêla belavker tê bikar anîn.Digel vê yekê, di analîza yekem de, ji bo ku em baştir bandora tîrêjê D-ya li ser belavbûna pêla dengbêjiyê bi derziyê re baştir xêz bikin, me tîpek guncan dît, goşeya α = 90 ° destnîşan kir.Di dema vê analîzê de, dirêjahiya derziyê L li 70 mm hate danîn.
Li ser hêjîrê.6a giraniya dengê navînî wekî fonksiyona pîvana pîvana bêpîvan SD nîşan dide, ango D = λW/SD ku di qadek bi tîrêjek 10 mm de ye ku navenda wê li ser serê derziyê ye.Parametreya pîvandinê SD ji 2 heta 6 diguhere, ango em nirxên D-yê ji 7,5 mm heya 2,5 mm (li f = 100 kHz) dihesibînin.Rêze ji bo derziyên bijîjkî yên pola zengarnegir jî nirxek standard 71 vedihewîne.Wekî ku tê çaverê kirin, pîvana hundurê derziyê bandorê li tundiya dengê ku ji derziyê derdixe, bi nirxek herî zêde (1030 W/m2) bi D = λW/3 (ango D = 5 mm) re têkildar dike û bi kêmbûnê re meylek kêmbûnê. çap.Pêdivî ye ku were hesibandin ku pîvana D pîvanek geometrîkî ye ku di heman demê de bandorê li dagirkeriya amûrek bijîjkî jî dike, ji ber vê yekê dema hilbijartina nirxa çêtirîn ev aliyek krîtîk nayê paşguh kirin.Ji ber vê yekê, her çend kêmbûna D ji ber veguheztina hindiktir a tundûtûjiya dengbêjiyê di nav tevnan de pêk tê, ji bo lêkolînên jêrîn, pîvana D = λW/5, ango D = 3 mm (li gorî standarda 11G71 di f = 100 kHz de têkildar e) , lihevhatinek maqûl di navbera destwerdana amûrê û veguheztina tundiya deng de (navînî nêzîkî 450 W / m2) tê hesibandin.
Zêdebûna navînî ya dengê ku ji serê derziyê derdixe (tewandin tê hesibandin), li gorî pîvana hundurê derziyê (a), dirêjahiya (b) û goşeya belek α (c) ve girêdayî ye.Dirêjahî di (a, c) de 90 mm, û bejna (b, c) 3 mm e.
Parametreya din a ku were analîz kirin, dirêjahiya derziyê L ye. Li gorî lêkolîna doza berê, em goşeyek guhezbar α = 90° dihesibînin û dirêjahî wekî pirjimara dirêjahiya pêlê ya avê tê pîvandin, ango L = SL λW. .Parametreya pîvana bêpîvan SL ji 3 ber 7 tê guheztin, bi vî rengî rêjeya navînî ya dengê ku ji serê derziyê derdikeve di dirêjahiya ji 4,5 heta 10,5 mm de tê texmîn kirin.Ev rêze nirxên tîpîk ên ji bo derziyên bazirganî vedigire.Encam di jimarê de têne xuyang kirin.6b, nîşan dide ku dirêjahiya derziyê, L, bandorek mezin li ser veguheztina tundiya deng di nav tevnan de heye.Bi taybetî, xweşbînkirina vê parametreyê hişt ku bi qasî rêzek mezinahiyê veguheztinê baştir bike.Di rastiyê de, di rêza dirêjahiya vekolînkirî de, rêjeya dengê navînî herî zêde 3116 W/m2 li SL = 4 (ango, L = 60 mm) digire, û ya din bi SL = 6 re têkildar e (ango, L = 90 mm).
Piştî analîzkirina bandora pîvan û dirêjahiya derziyê li ser belavbûna ultrasoundê di geometrîya silindîkî de, me bal kişand ser bandora goşeya bevelê ya li ser veguheztina tundiya deng di tevnan de.Hêza navînî ya dengê ku ji tîrêja fiberê derdikeve wekî fonksiyonek goşeya α hate nirxandin, nirxa wê ji 10 ° (tîpek tûj) diguhezîne 90 ° (pişka paşîn).Di vê rewşê de, tîrêjê qada entegrasyonê ya li dora tîrêja tê hesibandin 20 mm bû, ji ber vê yekê ji bo hemî nirxên α-yê, tîrêja derziyê di hejmûna ku ji navgîniyê hatî hesibandin de tête navandin.
Wekî ku di jimarê de tê nîşandan.6c, dema ku tîp tûj dibe, ango, gava ku α ji 90 ° dest pê dike kêm dibe, tundiya dengê ku hatî veguheztin zêde dibe, digihîje nirxek herî zêde bi qasî 1,5 × 105 W/m2, ku bi α = 50 ° re têkildar e, ango, 2 rêjeyek mezinahiyê li gorî rewşa daîreyê bilindtir e.Digel tûjkirina tîrêja din (ango, li α li jêr 50°), tundiya deng kêm dibe, digihîje nirxên ku bi tîpek şûjinî re têne berhev kirin.Lêbelê, her çend me ji bo simulasyonên xwe cûrbecûr qonaxên belek fikirî jî, hêja ye ku were fikirîn ku tûjkirina tîrê ji bo hêsankirina ketina derziyê di nav tevnê de hewce ye.Di rastiyê de, goşeyek piçûktir (nêzîkî 10 °) dikare hêza 78 ya ku ji bo têketina tevneyê hewce dike kêm bike.
Ji xeynî nirxa tundiya dengê ku di nav tevnê de tê veguheztin, goşeya belek jî bandorê li ser rêça belavbûna pêlê dike, wekî ku di grafikên asta zexta deng de ku di Fig. ).tîpa beveled), paralel Arasteya dirêjahî di qada simetrîyê de tê nirxandin (yz, bişopîne Fig. 5).Li ser van her du nêrînan, asta zexta deng (wekî 1 μPa tê binavkirin) bi giranî di nav valahiya derziyê de (ango di nav avê de) tê berhev kirin û di nav tevnê de radiweste.Bi hûrgulî, di rewşa tîrêjek davî de (Hêl. 7a), dabeşkirina asta zexta deng li gorî arasteya dirêjî bêkêmasî simetrîk e, û pêlên rawestayî dikarin di ava ku laş dagirtî de werin cûda kirin.Pêl bi dirêjahî ve tête rêve kirin (texne z), amplîtude di avê de digihîje nirxa xwe ya herî zêde (nêzîkî 240 dB) û bi rêgez kêm dibe, ku ev yek dibe sedema kêmbûna bi qasî 20 dB li dûrahiya 10 mm ji navenda derziyê.Wek ku tê çaverêkirin, danasîna tîpek tûj (Hêjîra 7b) vê simetrîyê dişkîne, û antînodên pêlên rawestayî li gorî serê derziyê "dizivirin".Xuya ye, ev asîmetrî bandorê li tundiya tîrêjê ya serê derziyê dike, wekî ku berê hate behs kirin (Hêjîra 6c).Ji bo ku ev aliyek çêtir were fam kirin, tundiya dengbêjiyê li ser xetek birrîn a ortogonal a berbi dirêjiya derziyê, ku di balafira hevrêziya derziyê de cih girtiye û li dûrahiya 10 mm ji serê derziyê ( Encam di jimar 7c de).Zêdetir, belavkirina tundûtûjiya deng li 10°, 20° û 30° goşeyên guhezbar (bi rêzê, xetên hişk ên şîn, sor û kesk) bi belavkirina li nêzê dawiya davî (qemçikên xalîçeyên reş) re hatin berhev kirin.Dabeşkirina tundûtûjiyê ya ku bi derziyên tîrêjkirî ve girêdayî ye li ser navenda derziyê simetrîk xuya dike.Bi taybetî, ew li navendê nirxek bi qasî 1420 W/m2 digire, li dûrahiya ~8 mm bi qasî 300 W/m2 zêde dibe, û dûv re di ~30 mm de bi qasî 170 W/m2 kêm dibe. .Her ku tîrêk tûj dibe, lobêya navendî li bêtir lobên bi tundî yên cihêreng dabeş dibe.Bi taybetî, gava α 30° bû, di profîla ku 1 mm ji serê derziyê ve tê pîvandin de sê petal bi zelalî têne cûda kirin.Ya navendî hema hema di navenda derziyê de ye û nirxa wê 1850 W / m2 ye, û ya bilind a li rastê bi qasî 19 mm ji navendê dûr e û digihîje 2625 W / m2.Li α = 20°, 2 lobên sereke hene: yek ji −12 mm bi 1785 W/m2 û yek ji 14 mm li 1524 W/m2.Dema ku tîrêj tûjtir dibe û goşe digihîje 10°, herî zêde 817 W/m2 bi qasî -20 mm tê gihîştin, û sê lobên din ên bi şiddetê hindiktir li ser profîlê têne xuyang kirin.
Asta zexta deng di rûbera simetrîya y–z ya derzîya bi dawîya xweyî (a) û bi 10° (b) de.(c) Dabeşkirina tundiya dengî li ser xeteke birrîn a perpendîkular a li ser riya dirêjî ya derziyê, li dûrahiya 10 mm ji serê derziyê û di qada simetrî yz de tê texmîn kirin.Dirêjiya L 70 mm û qalinda D 3 mm e.
Bi hev re, ev encam destnîşan dikin ku derziyên bijîjkî dikarin bi bandor werin bikar anîn da ku ultrasound li 100 kHz di nav tevna nerm de biguhezînin.Zêdebûna dengê derketî bi geometriya derziyê ve girêdayî ye û dikare were xweşbîn kirin (li gorî tixûbên ku ji hêla dagirkeriya cîhaza paşîn ve têne ferz kirin) heya nirxan di navbera 1000 W/m2 (li 10 mm).di binê derziyê de tê sepandin 1. Di doza mîkrometreyek veqetandî de, derzî bi tevahî tê xistin nav tevna nerm a bêdawî ya dirêjkirî.Bi taybetî, goşeya belek bi tundî bandorê li tundî û arasta belavkirina pêlên deng di tevnê de dike, ku di serî de rê li ber ortogonalîteya qutkirina tîrêja derzîyê vedike.
Ji bo piştgirîkirina pêşkeftina stratejiyên nû yên dermankirina tîmorê ku li ser bingeha karanîna teknîkên bijîjkî yên ne-dagirker in, belavkirina ultrasound-frekansa nizm li hawîrdora tîmorê bi analîtîk û hesabkerî hate analîz kirin.Bi taybetî, di beşa yekem a lêkolînê de, çareseriyek elastodînamîkî ya demkî rê da me ku em belavbûna pêlên ultrasonîk di sferoîdên tumor ên hişk ên mezinahî û hişkiya naskirî de lêkolîn bikin da ku em hesasiyeta frekansê ya girseyê bixwînin.Dûv re, frekansên rêza sed kîlohertz hatin hilbijartin, û sepana herêmî ya stresa vibrasyonê ya di hawîrdora tumor de bi karanîna ajokerek derziyê bijîjkî bi lêkolîna bandora pîvanên sêwirana sereke yên ku veguheztina akustîk diyar dikin di simulasyona hejmarî de hate model kirin. hêza amûrê li ser jîngehê.Encam destnîşan dikin ku derziyên bijîjkî dikarin bi bandor ji bo tîrêjkirina tevnên bi ultrasound re werin bikar anîn, û tundiya wê ji nêz ve bi parametreya geometrîkî ya derziyê ve girêdayî ye, ku jê re dirêjahiya pêla akustîk a xebatê tê gotin.Di rastiyê de, tundiya tîrêjê bi navgîniya tevnê re bi zêdebûna pîvana hundurê derziyê re zêde dibe, dema ku tîrêj sê caran ji dirêjahiya pêlê be digihîje herî zêde.Dirêjahiya derziyê di heman demê de ji bo xweşbînkirina pêşandanê hin astek azadiyê peyda dike.Encama paşîn bi rastî dema ku dirêjahiya derziyê li ser pirjimarek dirêjahiya pêla xebitandinê (bi taybetî 4 û 6) tête danîn, bi rastî zêde dibe.Balkêş e, ji bo rêza frekansa berjewendiyê, nirx û dirêjahiya xweşbînkirî nêzî yên ku bi gelemperî ji bo derziyên bazirganî yên standard têne bikar anîn in.Goşeya belek, ya ku tûjbûna derziyê diyar dike, di heman demê de bandorê li belavbûnê dike, ku bi qasî 50 ° bilind dibe û performansa baş li ser 10 ° peyda dike, ku bi gelemperî ji bo derziyên bazirganî tê bikar anîn..Encamên simulasyonê dê werin bikar anîn da ku rêberîkirina pêkanîn û xweşbîniya platforma tespîtkirina hundurîn a nexweşxaneyê, yekkirina ultrasoundê tespîtkirin û dermankirinê bi çareseriyên dermankirinê yên din ên hundurîn re û pêkanîna destwerdanên dermanê rastîn ên hevkar.
Koenig IR, Fuchs O, Hansen G, von Mutius E. û Kopp MV Dermanê rast çi ye?Eur, biyanî.Rojname 50, 1700391 (2017).
Collins, FS û Varmus, H. Di dermanê rast de destpêşxeriyên nû.N. eng.J. Derman.372, 793–795 (2015).
Hsu, W., Markey, MK û Wang, MD.Informatics Imaging Biyomedical Di Serdema Bijîşka Rast de: Serkeftin, Zehf û Derfet.Rîçal.derman.agahdayin.Profesorê alîkar.20(6), 1010–1013 (2013).
Garraway, LA, Verweij, J. & Ballman, KV Precision onkology: vekolînek.J. Klînîkî.Oncol.31, 1803–1805 (2013).
Wiwatchaitawee, K., Quarterman, J., Geary, S., and Salem, A. Pêşveçûna di terapiya glioblastoma (GBM) de bi karanîna pergalek radestkirina bingeha nanoparticle.AAPS PharmSciTech 22, 71 (2021).
Aldape K, Zadeh G, Mansouri S, Reifenberger G û von Daimling A. Glioblastoma: patholojî, mekanîzmayên molekulî û nîşanker.Acta Neuropathology.129 (6), 829-848 (2015).
Bush, NAO, Chang, SM û Berger, MS Stratejiyên heyî û pêşerojê yên ji bo dermankirina glioma.neurosurgery.Ed.40, 1–14 (2017).