Ташаккур ба шумо барои боздид аз Nature.com.Шумо версияи браузерро бо дастгирии маҳдуди CSS истифода мебаред.Барои таҷрибаи беҳтарин, мо тавсия медиҳем, ки шумо браузери навшударо истифода баред (ё Ҳолати мутобиқатро дар Internet Explorer хомӯш кунед).Илова бар ин, барои таъмини дастгирии доимӣ, мо сайтро бе услубҳо ва JavaScript нишон медиҳем.
Слайдерҳо се мақоларо дар як слайд нишон медиҳанд.Барои гузаштан дар слайдҳо тугмаҳои қафо ва ояндаро истифода баред ё тугмаҳои контролери слайдро дар охири ҳар як слайд ҳаракат кунед.
Дар асоси ҳамбастагии байнисоҳаҳои физика ва илмҳои ҳаёт, стратегияҳои ташхисӣ ва табобатӣ, ки ба тибби дақиқ асос ёфтаанд, аз сабаби татбиқи амалии усулҳои нави муҳандисӣ дар бисёр соҳаҳои тиб, махсусан дар онкология таваҷҷӯҳи зиёдро ҷалб карданд.Дар ин чаҳорчӯба, истифодаи ултрасадо барои ҳамла ба ҳуҷайраҳои саратон дар варамҳо бо мақсади расонидани осеби эҳтимолии механикӣ дар миқёси гуногун таваҷҷӯҳи афзояндаи олимони ҷаҳонро ҷалб мекунад.Бо дарназардошти ин омилҳо, дар асоси ҳалли вақтҳои эластодинамикӣ ва моделсозии ададӣ, мо омӯзиши пешакии моделсозии компютерии паҳншавии ултрасадо дар бофтаҳоро бо мақсади интихоби басомадҳо ва қувваҳои мувофиқ тавассути шуоъҳои маҳаллӣ пешниҳод мекунем.Платформаи нави ташхисӣ барои лабораторияи технологияи On-Fiber, ки сӯзани беморхона номида шудааст ва аллакай патент шудааст.Гумон меравад, ки натиҷаҳои таҳлил ва фаҳмиши марбут ба биофизикӣ метавонанд барои равишҳои нави ҳамгирошудаи ташхисӣ ва табобатӣ, ки метавонанд дар татбиқи тибби дақиқ дар оянда аз соҳаҳои физика нақши марказӣ бозанд, роҳ кушоянд.Синергияи афзоянда байни биология оғоз мешавад.
Бо оптимизатсияи шумораи зиёди барномаҳои клиникӣ, зарурати коҳиш додани таъсири тараф ба беморон тадриҷан ба миён омад.Бо ин мақсад, доруҳои дақиқ1, 2, 3, 4, 5 ҳадафи стратегии коҳиш додани вояи доруҳои ба беморон расонидашуда, аслан пас аз ду равиши асосӣ гардид.Якум ба табобат асос ёфтааст, ки мувофиқи профили геномии бемор тарҳрезӣ шудааст.Дуюм, ки ба стандарти тиллоӣ дар онкология табдил меёбад, ҳадаф аз пешгирӣ кардани расмиёти системавии интиқоли дору тавассути кӯшиши баровардани миқдори ками дору ва ҳамзамон баланд бардоштани дақиқӣ тавассути истифодаи терапияи маҳаллӣ мебошад.Ҳадафи ниҳоии он аз байн бурдан ё ҳадди аққал кам кардани таъсири манфии бисёр равишҳои табобатӣ, ба монанди химиотерапия ё маъмурияти системавии радионуклидҳо мебошад.Вобаста аз намуди саратон, ҷойгиршавӣ, вояи радиатсионӣ ва дигар омилҳо, ҳатто табобати радиатсионӣ метавонад ба бофтаи солим хатари баланди хос дошта бошад.Ҳангоми табобати глиобластома6,7,8,9 ҷарроҳӣ саратони асосиро бомуваффақият нест мекунад, аммо ҳатто дар сурати набудани метастазҳо, бисёр инфилтратҳои хурди саратонӣ мавҷуданд.Агар онҳо пурра бартараф карда нашаванд, массаҳои нави саратон метавонанд дар муддати нисбатан кӯтоҳ афзоиш ёбанд.Дар ин замина, татбиқи стратегияҳои тиббии дақиқи дар боло зикршуда душвор аст, зеро ин инфилтратҳоро ошкор ва дар як минтақаи калон паҳн кардан душвор аст.Ин монеаҳо натиҷаҳои қатъиро дар пешгирии ҳар гуна такроршавӣ бо доруҳои дақиқ пешгирӣ мекунанд, аз ин рӯ дар баъзе ҳолатҳо усулҳои системавии интиқол бартарӣ доранд, гарчанде ки доруҳои истифодашаванда метавонанд сатҳи хеле баланди заҳролуд дошта бошанд.Барои бартараф кардани ин мушкилот, равиши беҳтарини табобат истифодаи стратегияҳои ҳадди ақали инвазивӣ мебошад, ки метавонанд ба таври интихобӣ ба ҳуҷайраҳои саратон бидуни таъсир ба бофтаи солим ҳамла кунанд.Дар партави ин далел, истифодаи ларзишҳои ултрасадо, ки нишон дода шудааст, ки ба ҳуҷайраҳои саратон ва солим ба таври гуногун таъсир мерасонанд, ҳам дар системаҳои якҳуҷайра ва ҳам дар кластерҳои гетерогении мезошкала, як роҳи ҳалли имконпазир ба назар мерасад.
Аз нуқтаи назари механикӣ, ҳуҷайраҳои солим ва саратон воқеан басомадҳои гуногуни резонанси табиӣ доранд.Ин амвол бо тағироти онкогенӣ дар хосиятҳои механикии сохтори ситоскелетии ҳуҷайраҳои саратон алоқаманд аст12,13, дар ҳоле ки ҳуҷайраҳои варам ба ҳисоби миёна нисбат ба ҳуҷайраҳои муқаррарӣ деформатсияшаванда мебошанд.Ҳамин тариқ, бо интихоби оптималии басомади ултрасадо барои ҳавасмандкунӣ, ларзишҳо дар минтақаҳои интихобшуда метавонанд ба сохторҳои зиндаи саратон зарар расонанд ва таъсирро ба муҳити солими мизбон кам кунанд.Ин таъсироти ҳанӯз пурра фаҳмиданашуда метавонанд аз байн рафтани ҷузъҳои сохтори ҳуҷайраҳои алоҳида аз ларзишҳои басомади баланд, ки тавассути ултрасадо ба вуҷуд меоянд (аслан ба литотрипсия14 хеле монанд аст) ва осеби ҳуҷайраҳо аз падидаи шабеҳ ба хастагии механикӣ, ки дар навбати худ метавонад сохтори ҳуҷайраро тағир диҳад, дар бар гирад. .барномарезӣ ва механобиология.Ҳарчанд ин ҳалли назариявӣ хеле мувофиқ ба назар мерасад, мутаассифона онро дар ҳолатҳое истифода бурдан мумкин нест, ки сохторҳои биологии анекоикӣ ба истифодаи мустақими УЗИ монеъ мешаванд, масалан, дар татбиқи дохили косахонаи сар аз сабаби мавҷудияти устухон ва баъзе массаҳои варами сина дар равғани пӯст ҷойгир шудаанд. матоъ.Пастшавӣ метавонад макони таъсири эҳтимолии терапевтиро маҳдуд кунад.Барои бартараф кардани ин мушкилот, ултрасадо бояд ба таври маҳаллӣ бо табдилдиҳандаҳои махсус тарҳрезишуда татбиқ карда шавад, ки метавонанд ба макони радиатсионӣ то ҳадди имкон камтар осеб расонанд.Бо дарназардошти ин, мо имкони истифодаи ғояҳои марбут ба имкони таъсиси платформаи технологии инноватсионии бо номи “беморхонаи сӯзанӣ”15-ро баррасӣ кардем.Консепсияи «Беморхона дар сӯзан» таҳияи асбоби тиббии каминвазивӣ барои татбиқи ташхис ва табобатро дар бар мегирад, ки дар асоси омезиши вазифаҳои гуногун дар як сӯзани тиббӣ асос ёфтааст.Тавре ки дар қисмати сӯзанҳои беморхона муфассалтар баррасӣ шудааст, ин дастгоҳи паймон пеш аз ҳама ба бартариҳои зондҳои нахи оптикии 16, 17, 18, 19, 20, 21 асос ёфтааст, ки аз рӯи хусусиятҳои худ барои ворид кардан ба стандарти 20 мувофиқанд. сӯзанҳои тиббӣ, 22 люмен.Бо истифода аз чандирии технологияи Lab-on-Fiber (LOF)23, нах ба таври муассир як платформаи беназир барои дастгоҳҳои ташхисӣ ва табобатӣ, аз ҷумла биопсияи моеъ ва дастгоҳҳои биопсияи матоъҳои хурдтаршуда ва ба истифода омода мегардад.дар ташхиси биомолекулярӣ24,25, интиқоли доруҳои маҳаллӣ бо нури роҳнамо26,27, тасвири ултрасадои маҳаллӣ28, терапияи гармӣ29,30 ва муайянкунии бофтаи саратон дар асоси спектроскопӣ31.Дар доираи ин консепсия, бо истифода аз равиши локализатсия дар асоси дастгоҳи "сӯзан дар беморхона", мо имкони оптимизатсияи ҳавасмандкунии маҳаллии сохторҳои биологии резидентиро тавассути истифодаи паҳншавии мавҷҳои ултрасадо тавассути сӯзанҳо барои барангехтани мавҷҳои ултрасадо дар минтақаи мавриди таваҷҷӯҳ таҳқиқ мекунем..Ҳамин тариқ, УЗИ-и терапевтии шиддатнокии пастро метавон мустақиман ба минтақаи хатар бо ҳадди ақали инвазив барои ҳуҷайраҳои соникатсия ва шаклҳои хурди сахт дар бофтаҳои нарм татбиқ кард, зеро дар ҳолати ҷарроҳии дар боло зикршуда сӯрохи хурди косахонаи сар бояд бо як сӯрохи ворид карда шавад. сӯзан.Аз натиҷаҳои назариявӣ ва таҷрибавии охирин илҳом гирифта, нишон медиҳанд, ки ултрасадо метавонад рушди баъзе саратонро боздорад ё ба таъхир андозад,32,33,34 равиши пешниҳодшуда метавонад ба ҳалли, ҳадди аққал дар принсипи, мубодилаи калидии байни таъсири хашмгин ва табобатӣ кӯмак расонад.Бо дарназардошти ин мулоҳизаҳо, дар мақолаи мазкур, мо имкони истифодаи дастгоҳи сӯзании дохили беморхонаро барои табобати ултрасадои минималии инвазивӣ барои саратон таҳқиқ мекунем.Аниқтараш, дар Таҳлили парокандагии массаҳои варамҳои сферикӣ барои баҳодиҳии басомади аз афзоиш вобаста ба ултрасадо, мо усулҳои хуб ба роҳ мондашудаи эластодинамикӣ ва назарияи парокандакунии акустикиро барои пешгӯии андозаи варамҳои сахти сферикӣ, ки дар муҳити чандирӣ парвариш карда мешаванд, истифода мебарем.сахтӣ, ки дар байни варам ва бофтаи мизбон дар натиҷаи азнавсозии мавод ба вуҷуд меояд.Пас аз тавсифи системаи мо, ки мо онро "Беморхона дар сӯзан" меномем, дар бахши "Беморхона дар сӯзан" мо паҳншавии мавҷҳои ултрасадоро тавассути сӯзанҳои тиббӣ дар басомадҳои пешбинишуда таҳлил мекунем ва модели ададии онҳо муҳити атрофро барои омӯхтан шуоъ мекунад. параметрҳои асосии геометрӣ (диаметри воқеии дарунӣ, дарозӣ ва тезии сӯзан), ки ба интиқоли қувваи акустикии асбоб таъсир мерасонанд.Бо дарназардошти зарурати таҳияи стратегияҳои нави муҳандисии тибби дақиқ, чунин мешуморанд, ки тадқиқоти пешниҳодшуда метавонад ба таҳияи як воситаи нави табобати саратон дар асоси истифодаи ултрасадо тавассути платформаи ҳамгирошудаи терагностикӣ, ки ултрасадоро бо ҳалли дигар муттаҳид мекунад, кӯмак кунад.Якҷоя, ба монанди интиқоли мақсадноки маводи мухаддир ва ташхиси вақти воқеӣ дар дохили як сӯзан.
Самаранокии пешниҳоди стратегияҳои механикии муолиҷаи варамҳои сахти локализатсияшуда бо истифода аз ҳавасмандкунии ултрасадо (ультрасадо) ҳадафи якчанд мақолаҳо буд, ки ҳам аз ҷиҳати назариявӣ ва ҳам таҷрибавӣ бо таъсири ларзишҳои ултрасадои шиддатнокии паст ба системаҳои якҳуҷайра 10, 11, 12 , 32, 33, 34, 35, 36 Бо истифода аз моделҳои вискоэластикӣ, якчанд муфаттишон ба таври таҳлилӣ нишон доданд, ки варамҳо ва ҳуҷайраҳои солим аксуламалҳои гуногуни басомадро нишон медиҳанд, ки бо қуллаҳои резонансӣ дар ИМА 10,11,12 тавсиф мешаванд.Ин натиҷа нишон медиҳад, ки дар асл, ҳуҷайраҳои варам метавонанд ба таври интихобӣ тавассути ангезаҳои механикӣ, ки муҳити мизбонро нигоҳ медоранд, ҳамла кунанд.Ин рафтор натиҷаи бевоситаи далелҳои калидӣ мебошад, ки дар аксари мавридҳо ҳуҷайраҳои варамҳо нисбат ба ҳуҷайраҳои солим тағйирпазиртаранд ва эҳтимолан қобилияти афзоиш ва муҳоҷирати онҳоро баланд бардоранд37,38,39,40.Дар асоси натиҷаҳое, ки бо моделҳои якҳуҷайра ба даст оварда шудаанд, масалан, дар микромикроскалъа, интихоби ҳуҷайраҳои саратон низ дар мезошкала тавассути таҳқиқоти ададии аксуламалҳои гармоникии агрегатҳои гетерогении ҳуҷайраҳо нишон дода шудааст.Бо таъмин намудани фоизи гуногуни ҳуҷайраҳои саратон ва ҳуҷайраҳои солим, агрегатҳои бисёрҳуҷайравӣ ба андозаи садҳо микрометр ба таври иерархӣ сохта шуданд.Дар мезолевтихии ин агрегатхо баъзе хусусиятхои микроскопии шавкманд аз хисоби ба амал баровардани бевоситаи элементхои асосии сохторие, ки рафтори механикии хучайрахои яккачинро тавсиф мекунанд, нигох дошта мешаванд.Аз ҷумла, ҳар як ҳуҷайра як меъмории ба шиддат асосёфтаро барои тақлид кардани аксуламали сохторҳои гуногуни ситоскелетӣ истифода мебарад ва ба ин васила ба сахтии умумии онҳо таъсир мерасонад12,13.Пешгӯиҳои назариявӣ ва таҷрибаҳои in vitro адабиёти дар боло зикршуда натиҷаҳои рӯҳбаландкунанда доданд, ки зарурати омӯзиши ҳассосияти массаҳои варамҳо ба ултрасадои табобатии камшиддат (LITUS) ва арзёбии басомади шуоъкунии массаҳои варамҳо аҳамияти ҳалкунанда дорад.мавқеи LITUS барои дархост дар сайт.
Бо вуҷуди ин, дар сатҳи бофта тавсифи субмакроскопии ҷузъҳои инфиродӣ ногузир гум мешавад ва хосиятҳои бофтаи варамро бо истифода аз усулҳои пайдарпай пайгирӣ кардан мумкин аст, ки афзоиши омма ва равандҳои азнавсозӣ аз стресс ба вуҷуд меоянд, бо назардошти таъсири макроскопии афзоиш.-тағйирот дар чандирии бофтаҳо дар миқёси 41,42.Дарвоқеъ, бар хилофи системаҳои якҳуҷайравӣ ва агрегатӣ, массаҳои варамҳои сахт дар бофтаҳои нарм аз ҳисоби ҷамъшавии тадриҷии фишорҳои боқимондаи аберрантӣ мерӯянд, ки онҳо аз ҳисоби зиёд шудани сахтии умумии дохили варамҳо хосиятҳои механикии табииро тағйир медиҳанд ва склерози варамҳо аксар вақт омили муайянкунанда мегардад. ошкор кардани варам.
Бо дарназардошти ин мулоҳизаҳо, дар ин ҷо мо вокуниши сонодинамикии сфероидҳои варамро таҳлил мекунем, ки ҳамчун дохилкуниҳои сферикии чандирӣ дар муҳити муқаррарии бофта мерӯянд.Аниктараш, хосиятхои эластикие, ки бо мархилаи варам алокаманданд, дар асоси натичахои назариявй ва тачрибавие, ки баъзе муаллифон дар кори пештара ба даст овардаанд, муайян карда шудаанд.Дар байни онҳо, эволютсияи сфероидҳои варамҳои сахти дар муҳити гетерогенӣ парваришшуда тавассути истифодаи моделҳои механикии ғайрихаттӣ 41,43,44 дар якҷоягӣ бо динамикаи байнинамудҳо барои пешгӯии рушди массаҳои варамҳо ва фишори дохилии интратуморалӣ омӯхта шудааст.Тавре ки дар боло зикр гардид, афзоиш (масалан, пеш аз дарозшавии ноустувор) ва фишори боқимонда боиси азнавсозии прогрессивии хосиятҳои маводи варам мегардад ва ба ин васила аксуламали акустикии онро низ тағйир медиҳад.Кайд кардан зарур аст, ки дар реферат.41 Эволюцияи муштараки афзоиш ва фишори сахт дар варамҳо дар маъракаҳои таҷрибавӣ дар моделҳои ҳайвонот нишон дода шудааст.Аз ҷумла, муқоисаи сахтии массаҳои варамҳои сина, ки дар марҳилаҳои гуногун резекция карда шудаанд, бо сахтӣ, ки тавассути дубора тавлид кардани шароитҳои шабеҳ дар кремний дар модели элементҳои ниҳоии сферикӣ бо андозаҳои якхела ва бо дарназардошти майдони фишори боқимондаи пешгӯишуда усули пешниҳодшударо тасдиқ кард. эътибори модел..Дар ин кор натоиҷи назариявӣ ва таҷрибавии қаблан гирифташуда барои таҳияи стратегияи нави терапевтӣ истифода мешаванд.Аз ҷумла, дар ин ҷо андозаҳои пешбинишуда бо хосиятҳои муқовимати эволютсионии мувофиқ ҳисоб карда шуданд, ки ба ин васила барои ҳисоб кардани диапазони басомаде, ки массаҳои варамҳои дар муҳити мизбон ҷойгиршуда ҳассостаранд, истифода мешуданд.Бо ин мақсад, мо ба ҳамин тариқ рафтори динамикии массаи варамро дар марҳилаҳои гуногун, ки дар марҳилаҳои гуногун гирифта шудаанд, бо назардошти нишондиҳандаҳои акустикӣ мувофиқи принсипи умумӣ қабулшудаи парокандашавӣ дар посух ба ангезаҳои ултрасадо ва таъкид кардани падидаҳои эҳтимолии резонанси сфероид таҳқиқ кардем. .вобаста ба варам ва мизбон Фарқиятҳои вобаста ба афзоиш дар сахтии байни бофтаҳо.
Ҳамин тариқ, массаҳои варамҳо ҳамчун соҳаҳои эластикии радиуси \(a\) дар муҳити эластикии мизбон дар асоси маълумотҳои таҷрибавӣ, ки нишон медиҳанд, ки чӣ гуна сохторҳои ашаддии калонҳаҷм дар situ дар шаклҳои курашакл афзоиш меёбанд, модел карда шуданд.Бо истинод ба расми 1, бо истифода аз координатҳои сферӣ \(\{ r,\theta,\varphi \}\) (ки \(\theta\) ва \(\varphi\) кунҷи аномалия ва кунҷи азимутро ифода мекунанд), домени варам Минтақаи дар фазои солим ҷойгиршударо ишғол мекунад \({\mathcal {V}}_{T}=\{ (r,\theta,\varphi ):r\le a\}\) минтақаи бемаҳдуд \({\mathcal { V} }_{H} = \{ (r,\theta,\varphi):r > a\}\).Бо истинод ба Маълумоти иловагӣ (СИ) барои тавсифи пурраи модели математикӣ дар асоси асосҳои хуб муқарраршудаи эластодинамикӣ, ки дар бисёр адабиётҳо45,46,47,48 оварда шудаанд45,46,47,48, мо дар ин ҷо масъалаеро баррасӣ мекунем, ки бо режими ларзиши аксисиметрӣ тавсиф мешавад.Ин фарзия маънои онро дорад, ки ҳама тағирёбандаҳои дохили варам ва минтақаҳои солим аз координати азимуталии \(\varphi\) новобастаанд ва дар ин самт ягон таҳриф рух намедиҳад.Аз ин рӯ, майдонҳои ҷобаҷогузорӣ ва стрессро метавон аз ду потенсиали скалярӣ ба даст овард \(\phi = \hat{\phi}\left( {r,\theta} \right)e^{{ – i \omega {\kern 1pt } t }}\) ва \(\chi = \hat{\chi }\cep( {r,\theta } \right)e^{{ – i\omega {\kern 1pt} t }}\), онҳо мутаносибан бо мавҷи тӯлонӣ ва мавҷи буриш алоқаманд аст, вақти мувофиқати t байни шиддати \(\тета \) ва кунҷи байни самти мавҷи афтанда ва вектори мавқеъ \({\mathbf {x})\) ( тавре ки дар расми 1 нишон дода шудааст) ва \(\омега = 2\pi f\) басомади кунҷиро ифода мекунад.Аз ҷумла, майдони ҳодиса бо мавҷи ҳамвории \(\phi_{H}^{(in)}\) (инчунин дар системаи SI ҷорӣ шудааст, дар муодилаи (A.9)) ба ҳаҷми бадан паҳн мешавад. мувофиқи ифодаи қонун
ки \(\phi_{0}\) параметри амплитуда аст.Тавсеаи кураи мавҷи ҳамвории ҳавоӣ (1) бо истифода аз функсияи мавҷи сферикӣ далели стандартӣ аст:
Дар куҷо \(j_{n}\) функсияи сферии Бессел аз навъи якуми тартиби \(n\) ва \(P_{n}\) полиномии Легендр мебошад.Як қисми мавҷи инқилобии соҳаи сармоягузорӣ дар муҳити атроф пароканда шуда, майдони ҳодисаро ба ҳам мепайвандад, қисми дигар дар дохили кура пароканда шуда, ба ларзиши он мусоидат мекунад.Барои ин, ҳалли гармоникии муодилаи мавҷи \(\nabla^{2} \hat{\phi } + k_{1}^{2} {\mkern 1mu} \hat{\phi } = 0\,\ ) ва \ (\ nabla^{2} {\mkern 1mu} \hat{\chi } + k_{2}^{2} \hat{\chi } = 0\), барои мисол аз ҷониби Eringen45 пешниҳод шудааст (ниг. ) метавонад варам ва минтақаҳои солимро нишон диҳад.Аз ҷумла, мавҷҳои паҳншавии пароканда ва мавҷҳои изоволумӣ, ки дар муҳити мизбон \(H\) тавлид мешаванд, энергияи эҳтимолии мувофиқи худро эътироф мекунанд:
Дар байни онҳо, функсияи сферии Ханкел навъи якум \(h_{n}^{(1)}\) барои баррасии мавҷи парокандаи баромад ва \(\alpha_{n}\) ва \(\beta_{ n}\ ) коэффисиентҳои номаълум мебошанд.дар муодила.Дар муодилаҳои (2)–(4) истилоҳҳои \(k_{H1}\) ва \(k_{H2}\) мутаносибан рақамҳои мавҷи камёбӣ ва мавҷҳои кундалангро дар минтақаи асосии бадан ифода мекунанд ( SI нигаред).Майдонҳои фишурдашавӣ дар дохили варам ва бастҳо шакл доранд
Дар он ҷо \(k_{T1}\) ва \(k_{T2}\) рақамҳои мавҷи дарозӣ ва кундалангро дар минтақаи варам ифода мекунанд ва коэффисиентҳои номаълум \(\гамма_{n} {\mkern 1mu}\) мебошанд, \(\ eta_{n} {\mkern 1mu}\).Бар асоси ин натиҷаҳо, ҷузъҳои ҷобаҷогузории ғайрисифрии радиалӣ ва даврӣ хоси минтақаҳои солим дар масъалаи баррасишаванда мебошанд, ба монанди \(u_{Hr}\) ва \(u_{H\theta}\) (\(u_{ H\ varphi }\ ) фарзияи симметрия дигар лозим нест) — аз муносибати \(u_{Hr} = \partial_{r} \left( {\phi + \partial_{r} (r\chi ) ба даст овардан мумкин аст. } \right) + k_}^{2 } {\mkern 1mu} r\chi\) ва \(u_{H\theta} = r^{- 1} \partial_{\theta} \чап({\phi + \partial_{r } ( r\chi ) } \right)\) бо ташкили \(\phi = \phi_{H}^{(in)} + \phi_{H}^{(s)}\) ва \ (\chi = \chi_ {H}^ {(s)}\) (барои гирифтани ҳосили муфассали математикӣ ба SI нигаред).Ба ҳамин монанд, иваз кардани \(\phi = \phi_{T}^{(s)}\) ва \(\chi = \chi_{T}^{(s)}\) {Tr} = \partial_{r}-ро бармегардонад. \ left( {\phi + \partial_{r} (r\chi)} \right) + k_{T2}^{2} {\mkern 1mu} r\chi\) ва \(u_{T\theta} = r^{-1}\қисман _{\theta }\чап({\phi +\partial_{r}(r\chi )}\рост)\).
(Аз чап) Геометрияи варами сферикӣ, ки дар муҳити солим парвариш карда мешавад, ки тавассути он майдони ҳодиса паҳн мешавад, (аз рост) Эволюцияи мувофиқи таносуби сахтии варам ва мизбон ҳамчун функсияи радиуси варам, маълумоти гузоришшуда (аз Carotenuto et al. 41 мутобиқ карда шудааст) аз озмоишҳои фишурдасозии vitro аз варамҳои сахти синаи бо ҳуҷайраҳои MDA-MB-231 васлшуда ба даст оварда шуданд.
Бо фарз кардани маводи эластикии хатӣ ва изотропӣ, ҷузъҳои фишори ғайрисифрӣ дар минтақаҳои солим ва варам, яъне \(\sigma_{Hpq}\) ва \(\sigma_{Tpq}\) - ба қонуни умумии Ҳук итоат мекунанд, бо назардошти он ки вуҷуд дорад модулҳои гуногуни Lamé мебошанд, ки чандирии мизбон ва варамҳоро тавсиф мекунанд, ҳамчун \(\{ \mu_{H},\,\lambda_{H} \}\) ва \(\{ \mu_{T},\, \lambda_ ишора мешаванд. {T} \ }\) (ниг. Муодилаи (A.11) барои ифодаи пурраи ҷузъҳои фишор дар СИ).Аз ҷумла, тибқи маълумоти дар истинод 41 ва дар расми 1 овардашуда, варамҳои афзоянда тағирёбии константаҳои чандирии матоъро нишон доданд.Ҳамин тариқ, ҷойивазкунӣ ва фишорҳо дар минтақаҳои мизбон ва варамҳо комилан то маҷмӯи константаҳои номаълум муайян карда мешаванд \({{ \varvec{\upxi}}}_{n} = \{ \alpha_{n},{\mkern 1mu } \ beta_{ n} {\mkern 1mu} \gamma_{n} ,\eta_{n} \}\ ) андозаҳои аз ҷиҳати назариявӣ беохир дорад.Барои дарёфти ин векторҳои коэффитсиентҳо интерфейсҳои мувофиқ ва шароити сарҳадии байни варам ва минтақаҳои солим ҷорӣ карда мешаванд.Фарз мекунем, ки пайвастагии комил дар интерфейси мизбони варам \(r = a\), муттасилии ҷойивазкунӣ ва фишорҳо шартҳои зеринро талаб мекунад:
Система (7) системаи муодилаҳоро бо ҳалли беохир ташкил медиҳад.Илова бар ин, ҳар як ҳолати сарҳадӣ аз аномалияи \(\тета\) вобаста хоҳад буд.Барои кам кардани масъалаи сарҳадӣ ба масъалаи пурраи алгебравӣ бо маҷмӯи системаҳои пӯшида, ки ҳар кадоми онҳо дар номуайян аст \({{\varvec{\upxi}}}_{n} = \{ \alpha_ {n},{ \mkern 1mu} \beta_{n} {\mkern 1mu} \gamma_{n}, \eta_{n} \}_{n = 0,…,N}\) (бо \ ( N \ ба \infty \), аз чихати назариявй) ва барои рафъи вобастагии муодилахо ба шартхои тригонометри шартхои интерфейс бо истифода аз ортогонализми полиномхои Лежендре дар шакли заиф навишта мешаванд.Аз ҷумла, муодилаи (7)1,2 ва (7)3,4 ба \(P_{n} \left( {\cos \theta} \right)\) ва \(P_{n}^{ зарб карда мешавад. 1} \left( { \cos\theta}\right)\) ва сипас байни \(0\) ва \(\pi\) бо истифода аз шахсиятҳои математикӣ ҳамгиро кунед:
Ҳамин тариқ, шарти интерфейс (7) системаи муодилаи квадратии алгебравиро бармегардонад, ки онро дар шакли матритсавӣ ҳамчун \({\mathbb{D}}_{n} (a) \cdot {{\varvec{\upxi }} ифода кардан мумкин аст. } _{ n} = {\mathbf{q}}_{n} (a)\) ва ношиноси \({{\varvec{\upxi}}}_{n}\ ) -ро бо роҳи ҳалли қоидаи Крамер ба даст оред.
Барои ҳисоб кардани ҷараёни энергияи аз ҷониби сфера парокандашуда ва ба даст овардани маълумот дар бораи аксуламали акустикии он дар асоси маълумот дар бораи майдони парокандае, ки дар муҳити мизбон паҳн мешавад, як миқдори акустикӣ таваҷҷӯҳ дорад, ки убури парокандаи бистатикии муқарраршуда мебошад.Аз љумла, буриши пароканда, ки \(с) ишора шудааст, таносуби байни ќувваи акустикии тавассути сигнали пароканда интиќолшаванда ва таќсимоти энергияи мављи њодисаро ифода мекунад.Дар робита ба ин, бузургии функсияи шакл \(\чап| {F_{\infty} \left(\theta \right)} \right|^{2}\) як миқдорест, ки дар омӯзиши механизмҳои акустикӣ зуд-зуд истифода мешавад. дар моеъ ё сахт ҷойгиршуда Пароканда шудани ашёҳо дар таҳшин.Аниқтараш, амплитудаи функсияи шакл ҳамчун буриши дифференсиалии парокандаи \(ds\) дар як воҳиди майдон муайян карда мешавад, ки аз рӯи нормал ба самти паҳншавии мавҷи афтанда фарқ мекунад:
ки \(f_{n}^{pp}\) ва \(f_{n}^{ps}\) функсияи модалиро ифода мекунанд, ки ба таносуби куввахои мавчи тули ва мавчи пароканда нисбат ба Ҳодисаи мавҷи P дар муҳити қабулкунанда мутаносибан бо ифодаҳои зерин дода мешавад:
Функсияҳои мавҷҳои қисман (10)-ро аз рӯи назарияи парокандашавии резонанси (RST)49,50,51,52 мустақилона омӯхтан мумкин аст, ки ин имкон медиҳад, ки ҳангоми омӯзиши режимҳои гуногун чандирии ҳадафро аз майдони умумии гумшуда ҷудо кард.Мувофиқи ин усул, функсияи шакли модалиро метавон ба ҷамъи ду қисмҳои баробар тақсим кард, яъне \(f_{n} = f_{n}^{(res)} + f_{n}^{(b)}\ ) мутаносибан ба амплитудаҳои заминаи резонанси ва ғайрирезонансӣ алоқаманданд.Функсияи шакли резонанси резонансӣ бо ҷавоби ҳадаф алоқаманд аст, дар ҳоле ки замина одатан ба шакли пароканда алоқаманд аст.Барои ошкор кардани формати якуми ҳадаф барои ҳар як режим, амплитудаи функсияи шакли резонанси модалӣ \(\чап| {f_{n}^{(res)} \left( \theta \right)} \right|\ ) бо назардошти заминаи сахт, ки аз сфераҳои ногузар дар маводи мизбони чандир иборат аст, ҳисоб карда мешавад.Ин гипотеза бо он асос ёфтааст, ки дар маҷмӯъ, ҳам сахтӣ ва ҳам зичӣ бо афзоиши массаи варам аз сабаби фишори боқимондаи фишурдашуда зиёд мешаванд.Ҳамин тариқ, дар сатҳи шадиди афзоиш, таносуби импеданс \(\rho_{T} c_{1T} /\rho_{H} c_{1H}\) барои аксари варамҳои сахти макроскопӣ, ки дар нарм инкишоф меёбанд, аз 1 зиёд аст. бофтаҳо.Масалан, Кроускоп ва дигарон.53 таносуби саратон ба модули муқаррарии тақрибан 4 барои бофтаи простата гузориш доданд, дар ҳоле ки ин арзиш барои намунаҳои бофтаи сина то 20 афзоиш ёфтааст.Ин муносибатҳо ногузир импеданси акустикии матоъро тағир медиҳанд, чунон ки аз ҷониби таҳлили эластография нишон дода шудааст54,55,56 ва метавонанд ба ғафсшавии маҳаллии бофта, ки аз гиперпролифератсияи варам ба вуҷуд омадаанд, алоқаманд бошанд.Ин тафовут инчунин ба таври таҷрибавӣ бо озмоишҳои оддии фишурдани блокҳои варамҳои сина дар марҳилаҳои гуногун парвариш карда шудааст32 ва азнавсозии маводро бо моделҳои пешгӯии байнинамудҳои варамҳои ғайрихаттӣ афзоянда хуб пайгирӣ кардан мумкин аст43,44.Маълумоти сахтгирии ба даст овардашуда бевосита ба эволютсияи модули варамҳои сахти Янг мувофиқи формулаи \(E_{T} = S\ceft( {1 – \nu ^{2} } \right)/a\sqrt \ вобаста аст. varepsilon\ )( курахое, ки радиусаш \(а\), сахтгирй \(S\) ва таносуби Пуассон \(\nu\) байни ду плитаи сахти 57, тавре ки дар расми 1 нишон дода шудааст).Ҳамин тариқ, ченкунии импеданси акустикии варам ва мизбон дар сатҳҳои гуногуни афзоиш имконпазир аст.Аз ҷумла, дар муқоиса бо модули бофтаи муқаррарии баробар ба 2 кПа дар расми 1, модули чандирии варамҳои сина дар доираи ҳаҷми тақрибан аз 500 то 1250 мм3 боиси аз тақрибан 10 кПа то 16 кПа зиёд шуд, ки ин аст. мувофиқи маълумоти гузоришшуда.дар истинодҳои 58, 59 маълум шуд, ки фишор дар намунаҳои бофтаи сина 0,25-4 кПа бо нопадидшавии пеш аз фишурда мебошад.Инчунин фарз кунем, ки таносуби Пуассони бофтаи кариб фишурнашаванда 41,60 аст, яъне зичии бофта баробари зиёд шудани хачм чандон тагйир намеёбад.Аз чумла, зичии миёнаи оммавии ахолй \(\rho = 945\,{\text{kg}}\,{\text{m}}^{ – 3}\)61 истифода мешавад.Бо ин мулоҳизаҳо, сахтӣ метавонад бо истифода аз ифодаи зерин ҳолати замина гирад:
Дар он ҷое, ки доимии номаълуми \(\widehat{{{\varvec{\upxi})))_{n} = \{\delta_{n},\upsilon_{n} \}\) метавонад бо назардошти давомнокӣ ҳисоб карда шавад. ғараз ( 7 )2,4, яъне бо роҳи ҳалли системаи алгебрави \(\widehat{{\mathbb{D}}}_{n} (a) \cdot \widehat{({\varvec{\upxi}} } } _{n } = \widehat{{\mathbf{q}}}_{n} (a)\) бо ҷалби ноболиғон\(\widehat{{\mathbb{D}}}_{n} (a) = \ { { \ mathbb{D}}_{n} (a)\}_{{\{ (1,3),(1,3)\} }}\) ва вектори мувофиқи сутуни соддакардашуда\(\widehat) { {\mathbf {q}}}_{n} (а)\). \left( {res} \right)\,pp}} \left( \theta \right)} \right| = \ceft|{f_{n}^{pp} \left( \theta \right) – f_{ n}^{pp(b)} \left( \theta \right)} \right|\) ва \( \left|{f_{n}^{{\left( {res} \right)\,ps} } \left( \theta \right)} \right|= \ceft|{f_{n}^{ps} \left( \theta \right) – f_{n}^{ps(b)} \чап( \ theta \right)} \right|\) мутаносибан ба ҳаяҷонбахши мавҷи P ва инъикоси мавҷи P ва S-ро дар бар мегирад.Минбаъд амплитудаи якум ҳамчун \(\тета = \pi\) ва амплитудаи дуюм ҳамчун \(\тета = \pi/4\) ҳисоб карда шуд.Бо бор кардани хосиятҳои таркиби гуногун.Дар расми 2 нишон дода шудааст, ки хусусиятҳои резонанси сфероидҳои варами диаметрашон то тақрибан 15 мм асосан дар банди басомади 50-400 кГц мутамарказ шудаанд, ки ин имкони истифодаи УЗИ-и пастбасомадро барои ангезиши варами резонанси нишон медиҳад.ҳуҷайраҳо.Бисёр.Дар ин диапазони басомадҳо, таҳлили RST форматантҳои режими ягонаро барои шеваҳои 1 то 6 ошкор кард, ки дар расми 3 таъкид шудааст. Дар ин ҷо ҳам мавҷҳои pp- ва ҳам ps-пароканда форматантҳои навъи якумро нишон медиҳанд, ки дар басомадҳои хеле паст рух медиҳанд, ки аз тақрибан 20 кГц барои реҷаи 1 то тақрибан 60 кГц барои n = 6, ки фарқияти назаррасро дар радиуси сфера нишон намедиҳад.Функсияи резонанси ps пас аз он таназзул мекунад, дар ҳоле ки омезиши формантҳои амплитудаи калони pp даврии тақрибан 60 кГцро таъмин мекунад ва тағирёбии басомади баландтарро бо афзоиши шумораи режим нишон медиҳад.Ҳама таҳлилҳо бо истифода аз нармафзори ҳисоббарории Mathematica®62 анҷом дода шуданд.
Функсияҳои шакли бозгашти пароканда, ки аз модули варамҳои синаи андозаҳои гуногун ба даст оварда шудаанд, дар расми 1 нишон дода шудаанд, ки дар он бандҳои баландтарини пароканда бо назардошти суперпозицияи ҳолати равшан нишон дода шудаанд.
Резонанси резонанси интихобшуда аз \(n = 1\) то \(n = 6\), ки аз рӯи ҳаяҷон ва инъикоси мавҷи P дар андозаҳои гуногуни варамҳо ҳисоб карда мешавад (каҷҳои сиёҳ аз \(\чап | {f_{ n} ^ {{\ left( {res} \right)\,pp}} \left( \pi \right)} \right| {f_{n}^{pp} \left ( \pi \ рост) –. f_{n }^{pp(b)} \left( \pi \right)} \right|\)) ва барангезиши мавҷи P ва инъикоси мавҷи S (каҷҳои хокистарӣ, ки бо функсияи шакли модалӣ дода шудаанд \( \чап | { f_{n }^{{\left( {res} \right)\,ps}} \left( {\pi /4} \right)} \right {f_{n} ^{ ps}. \left( {\pi /4} \right) - f_{n}^{ps(b)} \left( {\pi /4} \right)} \right |\)).
Натиҷаҳои ин таҳлили пешакӣ бо истифода аз шароити паҳншавии майдони дур метавонанд интихоби басомадҳои диски мушаххасро дар моделсозии рақамии зерин барои омӯзиши таъсири фишори микровибратсия ба масса роҳнамоӣ кунанд.Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки калибркунии басомадҳои оптималӣ метавонад дар марҳилаи афзоиши варамҳо мушаххас бошад ва бо истифода аз натиҷаҳои моделҳои афзоиш барои муқаррар кардани стратегияҳои биомеханикӣ, ки дар табобати бемориҳо барои дуруст пешгӯии таҷдиди матоъ истифода мешаванд, муайян карда мешавад.
Пешрафтҳои назаррас дар нанотехнология ҷомеаи илмиро водор мекунад, ки ҳалли нав ва усулҳои таҳияи дастгоҳҳои тиббии хурдтар ва ҳадди ақал инвазивӣ барои барномаҳои in vivo пайдо кунанд.Дар ин замина, технологияи LOF қобилияти назарраси тавсеаи қобилиятҳои нахҳои оптикиро нишон дод, ки имкон медиҳад, ки дастгоҳҳои нави нахи оптикии ҳадди ақал инвазивӣ барои барномаҳои илмҳои ҳаёт 21, 63, 64, 65. Идеяи ҳамгироии маводи 2D ва 3D бо хосиятҳои кимиёвӣ, биологӣ ва оптикии дилхоҳ дар паҳлӯҳои 25 ва/ё 64 нахҳои оптикӣ бо назорати пурраи фазоӣ дар наномикёс боиси пайдоиши синфи нави нанооптодҳои нахи оптикӣ мегардад.доираи васеи вазифаҳои ташхисӣ ва табобатӣ дорад.Ҷолиб он аст, ки нахҳои оптикӣ аз сабаби хосиятҳои геометрӣ ва механикии худ (буридаи хурд, таносуби калон, чандирӣ, вазн кам) ва мутобиқати биологии маводҳо (одатан шиша ё полимерҳо) нахҳои оптикӣ барои ворид кардан ба сӯзанҳо ва катетерҳо хеле мувофиқанд.Барномаҳои тиббӣ20, ки роҳро барои биниши нави “беморхонаи сӯзанӣ” мекушоянд (ниг. Расми 4).
Воқеан, аз рӯи дараҷаҳои озодие, ки технологияи LOF медиҳад, бо истифода аз ҳамгироии микро- ва наноструктураи аз маводи гуногуни металлӣ ва/ё диэлектрикӣ сохташуда, нахҳои оптикиро барои барномаҳои мушаххасе, ки аксар вақт ҳаяҷонангези резонансиро дастгирӣ мекунанд, ба таври дуруст фаъол кардан мумкин аст., Майдони нури 21 мустахкам чойгир шудааст.Нигоҳ доштани рӯшноӣ дар миқёси зеримавҷ, аксар вақт дар якҷоягӣ бо коркарди кимиёвӣ ва/ё биологӣ63 ва ҳамгироии маводи ҳассос ба монанди полимерҳои интеллектуалӣ65,66 метавонад назоратро аз болои таъсири мутақобилаи рӯшноӣ ва материя, ки барои мақсадҳои тераностикӣ муфид аст, тақвият бахшад.Интихоби намуд ва андозаи ҷузъҳо/материалҳои ҳамгирошуда бешубҳа аз параметрҳои физикӣ, биологӣ ё химиявӣ, ки бояд ошкор карда шаванд, вобаста аст21,63.
Интегратсияи зондҳои LOF ба сӯзанҳои тиббӣ, ки ба маконҳои мушаххаси бадан равона карда шудаанд, имкон медиҳад, ки биопсияҳои маҳаллии моеъ ва матоъ дар vivo имконпазир гардад, ки имкон медиҳад ҳамзамон табобати маҳаллӣ, коҳиш додани таъсири тараф ва баланд бардоштани самаранокӣ.Имкониятҳои эҳтимолӣ ошкор кардани биомолекулаҳои гуногуни гардишкунанда, аз ҷумла саратонро дар бар мегиранд.биомаркерҳо ё микроРНКҳо (miRNAs)67, муайян кардани бофтаҳои саратон бо истифода аз спектроскопияи хатӣ ва ғайрихаттӣ ба монанди спектроскопияи Раман (SERS)31, тасвири фотоакустикии баландсифат22,28,68, ҷарроҳии лазерӣ ва абляция69 ва доруҳои интиқолии маҳаллӣ бо истифода аз нур27 ва роҳнамоии автоматии сӯзанҳо ба бадани инсон20.Қобили зикр аст, ки гарчанде истифодаи нахҳои оптикӣ аз нуқсонҳои маъмулии усулҳои "классикӣ" дар асоси ҷузъҳои электронӣ, ба монанди зарурати пайвастҳои барқӣ ва мавҷудияти дахолати электромагнитӣ канорагирӣ мекунад, ин имкон медиҳад, ки сенсорҳои гуногуни LOF ба таври муассир ворид карда шаванд. система.як сӯзани тиббӣ.Диққати махсус бояд ба кам кардани таъсири зараровар, аз қабили ифлосшавӣ, дахолати оптикӣ, монеаҳои ҷисмонӣ, ки таъсири байниҳамдигариро байни вазифаҳои гуногун ба вуҷуд меоранд.Аммо, ин ҳам дуруст аст, ки бисёре аз функсияҳои зикршуда набояд дар як вақт фаъол бошанд.Ин ҷиҳат имкон медиҳад, ки ҳадди аққал дахолатро коҳиш дода, ба ин васила таъсири манфиро ба кори ҳар як санҷиш ва дақиқии раванд маҳдуд созад.Ин мулоҳизаҳо ба мо имкон медиҳанд, ки мафҳуми "сӯзан дар беморхона" -ро ҳамчун як диди оддӣ барои гузоштани заминаи мустаҳкам барои насли ояндаи сӯзанҳои табобатӣ дар илмҳои ҳаёт баррасӣ кунем.
Дар робита ба барномаи мушаххасе, ки дар ин мақола баррасӣ шудааст, дар фасли оянда мо қобилияти як сӯзани тиббиро барои равона кардани мавҷҳои ултрасадо ба бофтаҳои инсон бо истифода аз паҳншавии онҳо дар баробари меҳвари он ба таври ададӣ таҳқиқ хоҳем кард.
Паҳншавии мавҷҳои ултрасадо тавассути сӯзани тиббии пур аз об ва ба бофтаҳои нарм гузошташуда (нигаред ба диаграмма дар расми 5а) бо истифода аз нармафзори тиҷоратии Comsol Multiphysics дар асоси усули элементҳои ниҳоӣ (FEM)70 модел карда шудааст, ки дар он сӯзан ва матоъ модел карда мешаванд. ҳамчун муҳити чандирии хатӣ.
Бо истинод ба расми 5b, сӯзан ҳамчун силиндраи холӣ (инчунин бо номи “канюла” маълум аст) аз пӯлоди зангногир, маводи стандартӣ барои сӯзанҳои тиббӣ модел карда шудааст71.Аз ҷумла, он бо модули Янг E = 205 GPa, таносуби Пуассон ν = 0,28 ва зичии ρ = 7850 кг m -372,73 модел карда шудааст.Аз ҷиҳати геометрӣ сӯзан бо дарозии L, диаметри дохилии D (инчунин «тозакунӣ» номида мешавад) ва ғафсии девор t хос аст.Илова бар ин, нӯги сӯзан ба кунҷи α нисбат ба самти тулонӣ (z) моил ҳисобида мешавад.Ҳаҷми об аслан ба шакли минтақаи даруни сӯзан мувофиқат мекунад.Дар ин таҳлили пешакӣ, сӯзан ба таври комил дар як минтақаи бофта (фарз карда мешавад, ки ба таври номуайян дароз карда мешавад) ғарқ карда шуд, ки ҳамчун соҳаи радиусаш rs модел карда шудааст, ки дар давоми ҳама моделсозӣ дар 85 мм доимӣ боқӣ монд.Муфассалтар, мо минтақаи сфериро бо қабати комилан мувофиқ (PML) ба итмом мерасонем, ки ҳадди аққал мавҷҳои номатлубро аз сарҳадҳои "хаёлӣ" инъикос мекунад.Сипас, мо радиуси rs-ро интихоб кардем, то сарҳади домени сферикиро аз сӯзан ба қадри кофӣ дур ҷойгир кунад, то ба ҳалли ҳисобкунӣ таъсир нарасонад ва ба қадри кофӣ хурд бошад, ки ба арзиши ҳисобкунии моделиронӣ таъсир нарасонад.
Ба сарҳади поёнии геометрияи стилус тағирёбии гармоникии дарозии басомади f ва амплитудаи А татбиқ карда мешавад;ин вазъият як ангезаи вурудро ифода мекунад, ки ба геометрияи симулятсия истифода мешавад.Дар сарҳадҳои боқимондаи сӯзан (дар тамос бо бофта ва об) модели қабулшуда муносибати байни ду падидаи физикиро дар бар мегирад, ки яке аз онҳо ба механикаи сохторӣ (барои майдони сӯзан) ва дигаре ба механикаи структурен.(барои минтаќаи ацикулярї), бинобар ин ба акустика (барои об ва минтаќаи ацикулярї) шароити мувофиќ гузошта мешавад74.Махсусан, ларзишҳои хурде, ки ба курсии сӯзан андохта мешаванд, боиси вайроншавии шиддати хурд мегардад;хамин тавр, бо назардошти он, ки сузан мисли мухити эластикй рафтор мекунад, вектори чойгиркунии U-ро аз муодилаи мувозинати эластодинамикии (Навье)75 муайян кардан мумкин аст.Тағйироти сохтории сӯзан боиси тағирёбии фишори оби дохили он мегардад (дар модели мо стационарӣ ҳисобида мешавад), ки дар натиҷа мавҷҳои садо дар самти тулӯии сӯзан паҳн шуда, аслан ба муодилаи Ҳелмголтс итоат мекунанд76.Ниҳоят, бо назардошти он ки таъсири ғайрихаттӣ дар бофтаҳо ночиз аст ва амплитудаи мавҷҳои буриш аз амплитудаи мавҷҳои фишор хеле хурдтар аст, муодилаи Ҳелмголтсро барои моделсозии паҳншавии мавҷҳои акустикӣ дар бофтаҳои нарм низ истифода бурдан мумкин аст.Пас аз ин наздикшавӣ матоъ ҳамчун моеъ ҳисобида мешавад77, ки зичии 1000 кг/м3 ва суръати садо 1540 м/с аст (ба эътибор нагирифтани таъсири намкуниши аз басомад вобаста).Барои пайваст кардани ин ду майдони физикӣ пайвастагии ҳаракати муқаррариро дар сарҳади ҷисми сахт ва моеъ, мувозинати статикӣ байни фишор ва фишори перпендикуляр ба сарҳади ҷисми сахт ва фишори тангенсиалӣ дар сарҳади ҷисми сахтро таъмин кардан лозим аст. моеъ бояд ба сифр баробар бошад.75 .
Дар таҳлили худ мо паҳншавии мавҷҳои акустикиро дар як сӯзан дар шароити статсионарӣ таҳқиқ карда, ба таъсири геометрияи сӯзан ба паҳншавии мавҷҳои дохили бофта таваҷҷӯҳ зоҳир мекунем.Аз ҷумла, мо таъсири диаметри дарунии сӯзан D, дарозии L ва кунҷи қафаси α-ро тафтиш карда, ғафсии t-ро дар 500 микрон барои ҳама ҳолатҳои омӯхташуда нигоҳ доштем.Ин арзиши t ба ғафсии муқаррарии девори стандартӣ 71 барои сӯзанҳои тиҷоратӣ наздик аст.
Бе аз даст додани умумият, басомади f аз ҷойивазкунии гармоникии ба пояи сӯзан баробар ба 100 кГц гирифташуда ва амплитудаи А 1 мкм буд.Аз ҷумла, басомад ба 100 кГц муқаррар карда шуд, ки ин ба ҳисобҳои таҳлилии дар фасли «Таҳлили парокандагии массаҳои варамҳои сферикӣ барои ҳисоб кардани басомадҳои аз афзоиш вобастагии ултрасадо» мувофиқат мекунад, ки дар он рафтори резонансии массаҳои варамҳо дар диапазони басомади 50-400 кГц, бо бузургтарин амплитудаи пароканда дар басомадҳои камтар тақрибан 100-200 кГс мутамарказ шудааст (ниг. Расми 2).
Аввалин параметри омӯхташуда диаметри дохилии сӯзан D буд.Барои роҳат он ҳамчун як қисми бутуни дарозии мавҷи акустикӣ дар холигоҳи сӯзан муайян карда мешавад (яъне дар об λW = 1,5 мм).Дарвоқеъ, падидаҳои паҳншавии мавҷҳо дар дастгоҳҳое, ки бо геометрияи додашуда тавсиф мешаванд (масалан, дар мавҷҳо) аксар вақт ба андозаи характеристикаи геометрия дар муқоиса бо дарозии мавҷи паҳншаванда вобаста аст.Ба гайр аз ин, дар тахлили аввал барои бехтар нишон додани таъсири диаметри D ба пахншавии мавчи акустики тавассути сузан нўги хамворро дида баромадем, ки кунчи α = 90° мукаррар карда шудааст.Ҳангоми таҳлил дарозии сӯзан L дар 70 мм муқаррар карда шуд.
Дар расм.6а миёиаи шиддати садо хамчун вазифаи параметри шкалаи беандоза SD нишон дода шудааст, яъне D = λW/SD, ки дар кураи радиусаш 10 мм марказаш дар нуги сузан мувофик аст, бахо дода мешавад.Параметри миқёси SD аз 2 то 6 тағйир меёбад, яъне мо арзишҳои D-ро аз 7,5 мм то 2,5 мм (дар f = 100 кГц) баррасӣ мекунем.Диапазон инчунин арзиши стандартии 71-ро барои сӯзанҳои тиббии аз пӯлоди зангногир дар бар мегирад.Тавре ки интизор мерафт, диаметри дарунии сӯзан ба шиддатнокии садои аз сӯзан баровардашуда бо арзиши максималӣ (1030 Вт/м2) ба D = λW/3 (яъне D = 5 мм) ва тамоюли камшавӣ бо камшавӣ таъсир мерасонад. диаметр.Бояд ба назар гирифт, ки диаметри D як параметри геометрӣ мебошад, ки ба инвазивии дастгоҳи тиббӣ низ таъсир мерасонад, бинобар ин, ин ҷанбаи муҳимро ҳангоми интихоби арзиши оптималӣ сарфи назар кардан мумкин нест.Аз ин рӯ, гарчанде ки коҳиши D аз сабаби паст шудани интиқоли шиддатнокии акустикӣ дар бофтаҳо ба амал меояд, барои таҳқиқоти минбаъда диаметри D = λW/5, яъне D = 3 мм (ба стандарти 11G71 дар f = 100 кГц мувофиқат мекунад) , созиши оқилона байни дахолатнопазирии дастгоҳ ва интиқоли шиддатнокии садо (ба ҳисоби миёна тақрибан 450 Вт/м2) ҳисобида мешавад.
Шиддати миёнаи садое, ки аз нуги сӯзан мебарояд (ҳамвор ҳисобида мешавад), вобаста ба диаметри даруни сӯзан (а), дарозӣ (б) ва кунҷи қафаси α (в).Дарозии (а, в) 90 мм ва диаметри (б, в) 3 мм аст.
Параметри навбатии таҳлилшаванда дарозии сӯзан L мебошад. Мувофиқи омӯзиши мисоли қаблӣ, мо кунҷи монеаи α = 90°-ро баррасӣ мекунем ва дарозӣ ҳамчун зарбдори дарозии мавҷ дар об, яъне L = SL λW ҳисоб карда мешавад. .Параметри миқёси беандоза SL аз 3 ба 7 тағир дода мешавад ва ҳамин тавр шиддатнокии миёнаи садои аз нӯги сӯзан баровардашуда дар диапазони дарозӣ аз 4,5 то 10,5 мм ҳисоб карда мешавад.Ин диапазон арзишҳои маъмулиро барои сӯзанҳои тиҷоратӣ дар бар мегирад.Натиҷаҳо дар расм нишон дода шудаанд.6б нишон медихад, ки дарозии сузан L ба гузариши шиддати садо дар бофтахо таъсири калон мерасонад.Махсусан, оптимизатсияи ин параметр имкон дод, ки интиқол тақрибан то як дараҷа беҳтар карда шавад.Дар асл, дар диапазони дарозии таҳлилшуда, шиддатнокии миёнаи садо ҳадди аксар 3116 Вт/м2 дар SL = 4 (яъне, L = 60 мм) ва дигаре ба SL = 6 (яъне, L = 90) мувофиқ аст. мм).
Пас аз таҳлили таъсири диаметр ва дарозии сӯзан ба паҳншавии ултрасадо дар геометрияи силиндрӣ, мо ба таъсири кунҷи кашиш ба интиқоли шиддати садо дар бофтаҳо таваҷҷӯҳ кардем.Шиддати миёнаи садое, ки аз нӯги нах мебарояд, ҳамчун функсияи кунҷи α баҳо дода шуд, ки арзиши он аз 10° (нӯги тез) ба 90° (нӯги ҳамвор) тағйир ёфт.Дар ин ҳолат, радиуси кураи интегралӣ дар атрофи нӯги баррасишудаи сӯзан 20 мм буд, то барои ҳама арзишҳои α нӯги сӯзан ба ҳаҷми аз ҳисоби миёна ҳисобшуда дохил карда шавад.
Чунон ки дар расм нишон дода шудааст.6c, хангоми тез кардани нуги, яъне хангоми кам шудани α аз 90° сар карда, шиддатнокии садои интиколшаванда зиёд шуда, ба арзиши максималии такрибан ба 1,5 × 105 Вт/м2 мерасад, ки ба α = 50° рост меояд, яъне 2. нисбат ба ҳолати ҳамвор як дараҷаи бузургтар аст.Ҳангоми тезонидани минбаъдаи нӯг (яъне, дар α поёнтар аз 50 °), шиддатнокии садо майл ба коҳиш ёфта, ба арзишҳои муқоисашаванда бо нӯги ҳамвор мерасад.Бо вуҷуди ин, гарчанде ки мо доираи васеи кунҷҳои кунҷро барои симулятсияҳои худ баррасӣ кардем, бояд ба назар гирифт, ки тез кардани нӯг барои осон кардани ворид кардани сӯзан ба бофта зарур аст.Дарвоқеъ, кунҷи қафаси хурдтар (тақрибан 10°) метавонад қувваи 78-ро барои воридшавии бофта кам кунад.
Ба ғайр аз арзиши шиддатнокии садо, ки дар дохили бофта интиқол дода мешавад, кунҷи каҷ ба самти паҳншавии мавҷҳо низ таъсир мерасонад, ки дар графикҳои сатҳи фишори садо дар расми 7а (барои нӯги ҳамвор) ва 3б (барои 10°) нишон дода шудааст. ).нӯги ҳамвор), параллел Самти тулонӣ дар ҳамвории симметрия баҳо дода мешавад (yz, нигаред. Расми 5).Дар ниҳояти ин ду мулоҳиза, сатҳи фишори садо (ба 1 мкПа номида мешавад) асосан дар дохили холигоҳи сӯзан (яъне дар об) мутамарказ шуда, ба бофта радиатсия мешавад.Муфассалтар, дар сурати нӯги ҳамвор (расми 7а) тақсимоти сатҳи фишори садо нисбат ба самти тулӣ комилан симметрӣ буда, мавҷҳои истодаро дар оби пуркунандаи бадан фарқ кардан мумкин аст.Мавч ба тули (махвари z) нигаронида шудааст, амплитуда дар об ба кимати максималии худ мерасад (тахрибан 240 дБ) ва ба таври гузар кам мешавад, ки ин дар масофаи 10 мм аз маркази сузан ба сустшавии такрибан 20 дБ оварда мерасонад.Чи тавре ки интизор мерафт, ворид намудани нуги нукша (расми 7б) ин симметрияро вайрон мекунад ва антинодхои мавчхои истода мувофики нуги сузан «кач» мешаванд.Аз афти кор, ин асимметрия ба шиддатнокии радиатсияи нӯги сӯзан, тавре ки қаблан гуфта шуда буд, таъсир мерасонад (расми 6в).Барои беҳтар фаҳмидани ин ҷанба, шиддатнокии акустикӣ аз рӯи хати буриш ба самти тӯлонии сӯзан, ки дар ҳамвории симметрияи сӯзан ҷойгир буд ва дар масофаи 10 мм аз нӯги сӯзан ҷойгир шудааст, арзёбӣ карда шуд ( Натиҷаҳо дар расми 7c).Аниқтараш, тақсимоти шиддатнокии садо, ки дар кунҷҳои моликии 10°, 20° ва 30° арзёбӣ шудаанд (хатҳои сахти кабуд, сурх ва сабз мутаносибан) бо тақсимот дар наздикии охири ҳамвор (хатҳои сиёҳи нуқта) муқоиса карда шуданд.Тақсимоти шиддат вобаста ба сӯзанҳои ҳамвор дар маркази сӯзан симметрӣ ба назар мерасад.Махсусан, он дар марказ арзиши тақрибан 1420 Вт/м2 мегирад, дар масофаи ~8 мм зиёдшавии тақрибан 300 Вт/м2 ва сипас дар ~30 мм ба арзиши тақрибан 170 Вт/м2 кам мешавад. .Вақте ки нӯг ишора мекунад, лобҳои марказӣ ба лобҳои бештари шиддатнокии гуногун тақсим мешаванд.Аниқтараш, вақте ки α 30° буд, дар профиле, ки дар масофаи 1 мм аз нӯги сӯзан чен карда шудааст, се гулбаргро равшан фарқ кардан мумкин буд.Марказӣ қариб дар маркази сӯзан ҷойгир аст ва арзиши тахминии 1850 Вт / м2 дорад ва баландтари дар тарафи рост тақрибан 19 мм аз марказ ҷойгир аст ва ба 2625 Вт / м2 мерасад.Дар α = 20° 2 лобҳои асосӣ вуҷуд доранд: як −12 мм дар 1785 Вт/м2 ва як 14 мм дар 1524 Вт/м2.Вақте ки нӯг тезтар мешавад ва кунҷи он ба 10 ° мерасад, ҳадди аксар 817 Вт/м2 дар тақрибан -20 мм мерасад ва дар қад-қади профил боз се лобҳои шиддатнокии каме камтар намоён мешаванд.
Сатҳи фишори садо дар ҳамвории симметрия y–z сӯзан бо нуги ҳамвор (а) ва 10° каҷ (б).$C) Тақсимоти шиддатнокии акустикӣ аз рӯи хати буриш ба самти тулӯии сӯзан дар масофаи 10 мм аз нӯги сӯзан ва дар ҳамвории симметрия yz хобида ҳисоб карда мешавад.Дарозии L 70 мм ва диаметри D 3 мм аст.
Якҷоя, ин натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки сӯзанҳои тиббӣ метавонанд барои интиқоли ултрасадо дар 100 кГц ба бофтаи нарм самаранок истифода шаванд.Шиддати садои баровардашуда аз геометрияи сӯзан вобаста аст ва онро метавон оптимизатсия кард (бо назардошти маҳдудиятҳое, ки тавассути инвазивии дастгоҳи ниҳоӣ муқаррар карда шудаанд) то арзишҳо дар ҳудуди 1000 Вт / м2 (дар 10 мм).ба поёни сӯзан андохташуда 1. Дар ҳолати офсети микрометр сӯзан пурра ба бофтаи нарми беохир дароз кашидашуда ҳисобида мешавад.Хусусан, кунҷи каҷ ба шиддат ва самти паҳншавии мавҷҳои садо дар бофта таъсири сахт мерасонад, ки ин пеш аз ҳама ба ортогонализми буриши нӯги сӯзан оварда мерасонад.
Барои дастгирии таҳияи стратегияҳои нави табобати варамҳо дар асоси истифодаи усулҳои тиббии ғайриинвазивӣ, паҳншавии ултрасадои пастбасомад дар муҳити варам ба таври таҳлилӣ ва ҳисоббарорӣ таҳлил карда шуд.Аз чумла, дар кисми якуми тадкикот махлули муваккатии эластодинамики имкон дод, ки барои омухтани хассосияти басомади масса пахншавии мавчхои ултрасадоро дар сфероидхои варами сахти андоза ва сахтиашон маълум омузем.Сипас, басомадҳои тартиби садҳо килогертс интихоб карда шуданд ва истифодаи маҳаллии фишори ларзиш дар муҳити варам бо истифода аз гардонандаи сӯзани тиббӣ дар моделиронии ададӣ тавассути омӯзиши таъсири параметрҳои асосии тарҳрезӣ, ки интиқоли акустикиро муайян мекунанд, модел карда шуд. қувваи асбоб ба муҳити зист.Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки сӯзанҳои тиббиро барои шуоъ кардани бофтаҳо бо УЗИ самаранок истифода бурдан мумкин аст ва шиддатнокии он бо параметри геометрии сӯзан, ки дарозии мавҷи акустикии корӣ номида мешавад, зич алоқаманд аст.Дарвоқеъ, шиддатнокии шуоъ тавассути бофта бо афзоиши диаметри дохилии сӯзан меафзояд ва ба ҳадди максималӣ мерасад, вақте ки диаметраш се маротиба дарозии мавҷ аст.Дарозии сӯзан инчунин як дараҷаи озодиро барои оптимизатсияи таъсир таъмин мекунад.Натиҷаи охирин дар ҳақиқат вақте ба ҳадди аксар мерасад, вақте ки дарозии сӯзан ба миқдори муайяни дарозии мавҷи корӣ (махсусан 4 ва 6) муқаррар карда мешавад.Ҷолиб он аст, ки барои диапазони басомади таваҷҷӯҳ, арзишҳои оптимизатсияшудаи диаметр ва дарозӣ ба онҳое, ки одатан барои сӯзанҳои стандартии тиҷоратӣ истифода мешаванд, наздиканд.Кунҷи кунҷ, ки тезии сӯзанро муайян мекунад, инчунин ба эмиссия таъсир мерасонад, ки ба авҷи он тақрибан дар 50 ° мерасад ва иҷрои хубро дар тақрибан 10 ° таъмин мекунад, ки маъмулан барои сӯзанҳои тиҷоратӣ истифода мешавад..Натиҷаҳои симулятсия барои роҳнамоӣ дар татбиқ ва оптимизатсияи платформаи ташхиси дохилии беморхона, ҳамгироии ултрасадои ташхисӣ ва терапевтӣ бо дигар ҳалли терапевтии дохили дастгоҳ ва амалӣ кардани мудохилаҳои муштараки тибби дақиқ истифода мешаванд.
Koenig IR, Fuchs O, Hansen G, von Mutius E. and Kopp MV. Тибби дақиқ чист?евро, хоричй.Маҷаллаи 50, 1700391 (2017).
Коллинз, ФС ва Вармус, Ҳ. Ташаббусҳои нав дар тибби дақиқ.N. eng.J. Тибб.372, 793–795 (2015).
Хсу, В., Марки, МК ва Ванг, MD.Информатикаи тасвири биотиббӣ дар давраи тибби дақиқ: дастовардҳо, мушкилот ва имкониятҳо.Ҷам.дорувори.хабар диханд.ассистент профессор.20(6), 1010–1013 (2013).
Garraway, LA, Verweij, J. & Ballman, KV Precision oncology: баррасии.J. Клиникӣ.Онкол.31, 1803–1805 (2013).
Wiwatchaitawee, K., Quarterman, J., Geary, S., and Salem, A. Такмили терапияи глиобластома (GBM) бо истифода аз системаи интиқоли нанозаррачаҳо.AAPS PharmSciTech 22, 71 (2021).
Aldape K, Zadeh G, Mansouri S, Reifenberger G ва von Daimling A. Glioblastoma: патология, механизмҳои молекулавӣ ва маркерҳо.Нейропатологияи Акта.129 (6), 829–848 (2015).
Буш, NAO, Чанг, СМ ва Бергер, MS Стратегияҳои ҷорӣ ва ояндаи табобати глиома.нейрохирургия.Эд.40, 1–14 (2017).