O ṣeun fun lilo si Nature.com.O nlo ẹya ẹrọ aṣawakiri kan pẹlu atilẹyin CSS lopin.Fun iriri ti o dara julọ, a ṣeduro pe ki o lo ẹrọ aṣawakiri imudojuiwọn kan (tabi mu Ipo Ibamu ṣiṣẹ ni Internet Explorer).Ni afikun, lati rii daju atilẹyin ti nlọ lọwọ, a fihan aaye naa laisi awọn aza ati JavaScript.
Sliders nfihan awọn nkan mẹta fun ifaworanhan.Lo awọn ẹhin ati awọn bọtini atẹle lati gbe nipasẹ awọn ifaworanhan, tabi awọn bọtini idari ifaworanhan ni ipari lati gbe nipasẹ ifaworanhan kọọkan.
Da lori ikorita interdisciplinary ti fisiksi ati awọn imọ-jinlẹ igbesi aye, iwadii aisan ati awọn ilana itọju ti o da lori oogun to peye ti fa akiyesi pupọ laipẹ nitori ilowo ti awọn ọna ṣiṣe imọ-ẹrọ tuntun ni ọpọlọpọ awọn aaye ti oogun, pataki ni oncology.Laarin ilana yii, lilo olutirasandi lati kọlu awọn sẹẹli alakan ninu awọn èèmọ lati le fa ibajẹ ẹrọ ti o ṣeeṣe lori awọn irẹjẹ lọpọlọpọ n fa akiyesi pọ si lati ọdọ awọn onimo ijinlẹ sayensi kakiri agbaye.Ti mu awọn nkan wọnyi sinu akọọlẹ, ti o da lori awọn ipinnu akoko elastodynamic ati awọn iṣeṣiro nọmba, a ṣafihan iwadii alakoko ti simulation kọnputa ti itọsi olutirasandi ni awọn tissu lati le yan awọn igbohunsafẹfẹ ati awọn agbara to dara nipasẹ itanna agbegbe.Syeed idanimọ tuntun fun imọ-ẹrọ On-Fiber yàrá, ti a pe ni abẹrẹ ile-iwosan ati ti idasilẹ tẹlẹ.O gbagbọ pe awọn abajade ti itupalẹ ati awọn oye biophysical ti o ni ibatan le ṣe ọna fun iwadii iṣọpọ tuntun ati awọn isunmọ itọju ti o le ṣe ipa aringbungbun ninu ohun elo oogun deede ni ọjọ iwaju, yiya lati awọn aaye ti fisiksi.Amuṣiṣẹpọ dagba laarin isedale ti n bẹrẹ.
Pẹlu iṣapeye ti nọmba nla ti awọn ohun elo ile-iwosan, iwulo lati dinku awọn ipa ẹgbẹ lori awọn alaisan diėdiė bẹrẹ lati farahan.Ni ipari yii, oogun deede1, 2, 3, 4, 5 ti di ibi-afẹde ilana lati dinku iwọn lilo awọn oogun ti a firanṣẹ si awọn alaisan, ni pataki ni atẹle awọn ọna akọkọ meji.Akọkọ da lori itọju ti a ṣe ni ibamu si profaili jiini ti alaisan.Ẹlẹẹkeji, eyiti o di boṣewa goolu ni oncology, ni ero lati yago fun awọn ilana ifijiṣẹ oogun eto nipa igbiyanju lati tu silẹ iye kekere ti oogun, lakoko kanna ni jijẹ deede nipasẹ lilo itọju ailera agbegbe.Ibi-afẹde ti o ga julọ ni lati yọkuro tabi o kere ju dinku awọn ipa odi ti ọpọlọpọ awọn isunmọ itọju ailera, gẹgẹbi kimoterapi tabi iṣakoso eto ti radionuclides.Ti o da lori iru akàn, ipo, iwọn lilo itankalẹ, ati awọn ifosiwewe miiran, paapaa itọju ailera le ni eewu atorunwa giga si ara ti ilera.Ninu itọju ti glioblastoma6,7,8,9 iṣẹ abẹ ni ifijišẹ yọ akàn ti o wa ni abẹlẹ kuro, ṣugbọn paapaa laisi awọn metastases, ọpọlọpọ awọn infiltrates alakan kekere le wa.Ti a ko ba yọ wọn kuro patapata, awọn ọpọ eniyan alakan le dagba laarin igba diẹ diẹ.Ni agbegbe yii, awọn ilana oogun deede ti a mẹnuba nira lati lo nitori awọn infiltrate wọnyi nira lati ṣawari ati tan kaakiri agbegbe nla kan.Awọn idena wọnyi ṣe idiwọ awọn abajade ti o daju ni idilọwọ eyikeyi ifasẹyin pẹlu oogun deede, nitorinaa awọn ọna ifijiṣẹ eto ni o fẹ ni awọn igba miiran, botilẹjẹpe awọn oogun ti a lo le ni awọn ipele majele ti o ga pupọ.Lati bori iṣoro yii, ọna itọju to dara julọ yoo jẹ lati lo awọn ilana apaniyan ti o kere ju ti o le yan yiyan awọn sẹẹli alakan laisi ni ipa lori ara ilera.Ni imọlẹ ti ariyanjiyan yii, lilo awọn gbigbọn ultrasonic, eyi ti a ti han lati ni ipa lori awọn sẹẹli alakan ati ilera ti o yatọ, mejeeji ni awọn ọna ṣiṣe ti unicellular ati ni awọn iṣupọ orisirisi awọn mesoscale, dabi ẹnipe ojutu ti o ṣeeṣe.
Lati oju wiwo mechanistic, awọn sẹẹli ti o ni ilera ati alakan nitootọ ni oriṣiriṣi awọn igbohunsafẹfẹ resonant adayeba.Ohun-ini yii ni nkan ṣe pẹlu awọn iyipada oncogenic ninu awọn ohun-ini ẹrọ ti ọna cytoskeletal ti awọn sẹẹli alakan12,13, lakoko ti awọn sẹẹli tumo jẹ, ni apapọ, aibikita diẹ sii ju awọn sẹẹli deede.Nitorinaa, pẹlu yiyan ti o dara julọ ti igbohunsafẹfẹ olutirasandi fun iwuri, awọn gbigbọn ti o fa ni awọn agbegbe ti a yan le fa ibajẹ si awọn ẹya alakan ti ngbe, idinku ipa lori agbegbe ilera ti agbalejo naa.Iwọnyi ko tii ni oye ni kikun awọn ipa le pẹlu iparun ti awọn paati igbekalẹ cellular kan nitori awọn gbigbọn igbohunsafẹfẹ giga ti o fa nipasẹ olutirasandi (ni ipilẹ pupọ si lithotripsy14) ati ibajẹ cellular nitori iṣẹlẹ kan ti o jọra si rirẹ ẹrọ, eyiti o le yipada eto cellular. .siseto ati mechanobiology.Botilẹjẹpe ojutu imọ-jinlẹ yii dabi ẹni pe o dara pupọ, laanu ko le ṣee lo ni awọn ọran nibiti awọn ẹya anechoic ti ibi ṣe idiwọ ohun elo taara ti olutirasandi, fun apẹẹrẹ, ninu awọn ohun elo intracranial nitori wiwa ti egungun, ati diẹ ninu awọn ọpọ eniyan tumo igbaya wa ni adipose. àsopọ̀.Attenuation le idinwo awọn ojula ti o pọju mba ipa.Lati bori awọn iṣoro wọnyi, olutirasandi gbọdọ wa ni lilo ni agbegbe pẹlu awọn transducers ti a ṣe apẹrẹ pataki ti o le de aaye ti a ti tan kaakiri bi o ti ṣee ṣe.Pẹlu eyi ni lokan, a ṣe akiyesi iṣeeṣe ti lilo awọn imọran ti o ni ibatan si iṣeeṣe ti ṣiṣẹda Syeed imọ-ẹrọ tuntun ti a pe ni “ile-iwosan abẹrẹ”15.Agbekale "Ile-iwosan ninu Abẹrẹ" jẹ idagbasoke ti ohun elo iṣoogun ti o kere ju fun iwadii aisan ati awọn ohun elo itọju ailera, ti o da lori apapọ awọn iṣẹ oriṣiriṣi ninu abẹrẹ iṣoogun kan.Gẹgẹbi a ti jiroro ni awọn alaye diẹ sii ni apakan Abẹrẹ Ile-iwosan, ẹrọ iwapọ yii jẹ akọkọ da lori awọn anfani ti 16, 17, 18, 19, 20, 21 fiber optic probes, eyiti, nitori awọn abuda wọn, dara fun fifi sii sinu boṣewa 20. egbogi abere, 22 lumens.Lilo irọrun ti o funni nipasẹ imọ-ẹrọ Lab-on-Fiber (LOF) 23, okun ni imunadoko di aaye alailẹgbẹ kan fun iwadii kekere ati ti o ṣetan lati lo ati awọn ẹrọ itọju ailera, pẹlu biopsy omi ati awọn ohun elo biopsy ara.ni biomolecular detection24,25, ina-itọnisọna agbegbe oògùn ifijiṣẹ26,27, ga-konge agbegbe olutirasandi imaging28, thermal therapy29,30 ati spectroscopy-orisun akàn identification31.Laarin ero yii, ni lilo ọna isọdi agbegbe ti o da lori ẹrọ “abẹrẹ ni ile-iwosan”, a ṣe iwadii iṣeeṣe ti iṣapeye imudara agbegbe ti awọn ẹya ti ibi olugbe nipa lilo itankale awọn igbi olutirasandi nipasẹ awọn abere lati ṣe itara awọn igbi olutirasandi laarin agbegbe ti iwulo..Nitorinaa, olutirasandi itọju ailera-kekere ni a le lo taara si agbegbe eewu pẹlu invasiveness kekere fun awọn sẹẹli sonicating ati awọn ipilẹ ti o lagbara ni awọn awọ asọ, bi ninu ọran ti iṣẹ abẹ intracranial ti a ti sọ tẹlẹ, iho kekere kan ninu timole gbọdọ wa ni fi sii pẹlu kan. abẹrẹ.Atilẹyin nipasẹ imọ-jinlẹ aipẹ ati awọn abajade esiperimenta ti o ni iyanju pe olutirasandi le da duro tabi idaduro idagbasoke ti awọn aarun kan, 32,33,34 ọna ti a dabaa le ṣe iranlọwọ lati koju, o kere ju ni ipilẹ, awọn iṣowo bọtini laarin awọn ipa ibinu ati alumoni.Pẹlu awọn ero wọnyi ni lokan, ninu iwe ti o wa lọwọlọwọ, a ṣe iwadii iṣeeṣe ti lilo ẹrọ abẹrẹ inu ile-iwosan fun itọju ailera olutirasandi ti o kere ju fun akàn.Ni deede diẹ sii, ninu Itupalẹ Itupalẹ ti Awọn ọpọ eniyan Tumor fun Iṣiro Growth-Dependent Ultrasound Igbohunsafẹfẹ apakan, a lo awọn ọna elastodynamic ti iṣeto daradara ati ilana itọka akositiki lati ṣe asọtẹlẹ iwọn awọn èèmọ to lagbara ti iyipo ti o dagba ni alabọde rirọ.lile ti o waye laarin awọn tumo ati ogun àsopọ nitori idagbasoke-induced atunse ti awọn ohun elo.Lẹhin ti o ti ṣe apejuwe eto wa, eyiti a pe ni apakan "Ile-iwosan ni Abẹrẹ", ni apakan "Ile-iwosan ti o wa ninu abẹrẹ", a ṣe itupalẹ itọjade ti awọn igbi ultrasonic nipasẹ awọn abẹrẹ iṣoogun ni awọn igbohunsafẹfẹ ti asọtẹlẹ ati awoṣe nọmba wọn ṣe itanna ayika lati ṣe iwadi awọn ipilẹ jiometirika akọkọ (iwọn ila opin inu gangan, ipari ati didasilẹ ti abẹrẹ), ni ipa lori gbigbe agbara ohun-elo ohun elo.Fi fun iwulo lati ṣe agbekalẹ awọn ilana imọ-ẹrọ tuntun fun oogun deede, o gbagbọ pe iwadi ti a dabaa le ṣe iranlọwọ lati ṣe agbekalẹ ohun elo tuntun kan fun itọju alakan ti o da lori lilo olutirasandi ti a firanṣẹ nipasẹ ipilẹ-itọju ailera ti a ṣepọ ti o ṣepọ olutirasandi pẹlu awọn solusan miiran.Ni idapo, gẹgẹbi ifijiṣẹ oogun ti a fojusi ati awọn iwadii akoko gidi laarin abẹrẹ kan.
Imudara ti ipese awọn ọgbọn ẹrọ fun itọju awọn èèmọ to lagbara ti agbegbe nipa lilo imudara ultrasonic (ultrasound) ti jẹ ibi-afẹde ti awọn iwe pupọ ti o nṣe itọju mejeeji ni imọ-jinlẹ ati idanwo pẹlu ipa ti awọn gbigbọn ultrasonic kekere-kikan lori awọn ọna sẹẹli-ẹyọkan 10, 11, 12 .Abajade yii ni imọran pe, ni ipilẹ, awọn sẹẹli tumo le jẹ ikọlu ni yiyan nipasẹ awọn iyanju ẹrọ ti o tọju agbegbe ogun naa.Ihuwasi yii jẹ abajade taara ti ẹri bọtini pe, ni ọpọlọpọ awọn ọran, awọn sẹẹli tumo jẹ ailagbara diẹ sii ju awọn sẹẹli ti o ni ilera, o ṣee ṣe lati mu agbara wọn pọ si lati pọsi ati iṣikiri37,38,39,40.Da lori awọn abajade ti o gba pẹlu awọn awoṣe sẹẹli kanṣoṣo, fun apẹẹrẹ ni microscale, yiyan ti awọn sẹẹli alakan tun ti ṣe afihan ni mesoscale nipasẹ awọn iwadii nọmba ti awọn idahun ti irẹpọ ti awọn akojọpọ sẹẹli orisirisi.Pese ipin ti o yatọ ti awọn sẹẹli alakan ati awọn sẹẹli ti o ni ilera, apapọ multicellular aggregates awọn ọgọọgọrun awọn micrometers ni iwọn ni a kọ ni akosori.Ni mesolevel ti awọn akojọpọ wọnyi, diẹ ninu awọn ẹya airi ti iwulo ti wa ni ipamọ nitori imuse taara ti awọn eroja igbekalẹ akọkọ ti o ṣe afihan ihuwasi ẹrọ ti awọn sẹẹli ẹyọkan.Ní pàtàkì, sẹ́ẹ̀lì kọ̀ọ̀kan ń lo faaji ti o da lori tensegrity lati fara wé idahun ti awọn oniruuru awọn ẹya cytoskeletal ti a ti tẹnumọ tẹlẹ, nitorinaa ni ipa lori lile gbogbogbo wọn12,13.Awọn asọtẹlẹ imọ-jinlẹ ati awọn adanwo in vitro ti awọn iwe ti o wa loke ti funni ni awọn abajade iwuri, nfihan iwulo lati ṣe iwadi ifamọ ti awọn ọpọ eniyan tumo si olutirasandi itọju ailera-kekere (LITUS), ati iṣiro igbohunsafẹfẹ ti itanna ti awọn ọpọ eniyan tumo jẹ pataki.ipo LITUS fun ohun elo lori aaye.
Sibẹsibẹ, ni ipele ti ara, ijuwe submacroscopic ti paati ẹni kọọkan jẹ eyiti o padanu, ati pe awọn ohun-ini ti àsopọ tumo le ṣee ṣe itopase nipa lilo awọn ọna ti o tẹle lati tọpa idagbasoke ibi-pupọ ati awọn ilana atunṣe ti aapọn, ni akiyesi awọn ipa macroscopic ti Idagba.-awọn iyipada ti o fa ni elasticity tissu lori iwọn ti 41.42.Nitootọ, ko dabi unicellular ati awọn ọna ṣiṣe apapọ, awọn ọpọ eniyan tumo ti o lagbara dagba ni awọn ohun elo rirọ nitori ikojọpọ mimu ti awọn aapọn ailagbara aberrant, eyiti o yipada awọn ohun-ini ẹrọ ti ara nitori ilosoke ninu intratumoral rigidity lapapọ, ati sclerosis tumo nigbagbogbo di ifosiwewe ipinnu ni wiwa tumo.
Pẹlu awọn ero wọnyi ni ọkan, nibi a ṣe itupalẹ esi sonodynamic ti awọn spheroids tumo ti a ṣe apẹrẹ bi awọn ifisi iyipo rirọ ti ndagba ni agbegbe àsopọ deede.Ni deede diẹ sii, awọn ohun-ini rirọ ti o ni nkan ṣe pẹlu ipele ti tumo ni a pinnu da lori imọ-jinlẹ ati awọn abajade esiperimenta ti a gba nipasẹ diẹ ninu awọn onkọwe ni iṣẹ iṣaaju.Lara wọn, itankalẹ ti awọn spheroids tumo ti o lagbara ti o dagba ni vivo ni awọn media orisirisi ni a ti ṣe iwadi nipasẹ lilo awọn awoṣe ẹrọ ti kii ṣe laini 41,43,44 ni apapọ pẹlu awọn iyatọ interspecies lati ṣe asọtẹlẹ idagbasoke ti awọn ọpọ eniyan tumo ati aapọn intratumoral ti o somọ.Gẹgẹbi a ti sọ loke, idagba (fun apẹẹrẹ, prestretching inelastic) ati aapọn ti o ku ni o fa atunṣe ilọsiwaju ti awọn ohun-ini ti ohun elo tumo, nitorinaa tun yi idahun acoustic rẹ pada.O ṣe pataki lati ṣe akiyesi pe ni Ref.41 àjọ-itankalẹ ti idagbasoke ati aapọn to lagbara ni awọn èèmọ ni a ti ṣe afihan ni awọn ipolongo idanwo ni awọn awoṣe ẹranko.Ni pataki, lafiwe ti lile ti awọn ọpọ tumo igbaya ti a ṣe atunṣe ni awọn ipele oriṣiriṣi pẹlu lile ti a gba nipasẹ ẹda awọn ipo ti o jọra ni ohun alumọni lori awoṣe ohun elo iyipo iyipo pẹlu awọn iwọn kanna ati ni akiyesi aaye aapọn aloku ti asọtẹlẹ jẹrisi ọna ti a dabaa ti awoṣe Wiwulo..Ninu iṣẹ yii, imọ-jinlẹ ti o gba tẹlẹ ati awọn abajade esiperimenta ni a lo lati ṣe agbekalẹ ilana imudara itọju tuntun kan.Ni pataki, awọn iwọn asọtẹlẹ pẹlu awọn ohun-ini resistance itiranya ti o baamu ni a ṣe iṣiro nibi, eyiti a lo nitorinaa lati ṣe iṣiro awọn sakani igbohunsafẹfẹ si eyiti awọn ọpọ eniyan tumo ti a fi sii ni agbegbe ogun jẹ ifarabalẹ diẹ sii.Ni ipari yii, a ṣe iwadii ihuwasi agbara ti ibi-aisan ni awọn ipele oriṣiriṣi, ti a mu ni awọn ipele oriṣiriṣi, ni akiyesi awọn itọkasi akositiki ni ibamu pẹlu ipilẹ gbogbogbo ti tuka ni idahun si awọn iwuri ultrasonic ati ṣe afihan awọn iyalẹnu resonant ti o ṣeeṣe ti spheroid. .da lori tumọ ati awọn iyatọ ti o gbẹkẹle Growth ninu lile laarin awọn ara.
Nitorinaa, awọn ọpọ eniyan tumo ni a ṣe apẹrẹ bi awọn aaye rirọ ti radius \(a\) ni agbegbe rirọ agbegbe ti agbalejo ti o da lori data idanwo ti n fihan bi awọn ẹya aiṣedeede nla ṣe dagba ni ipo ni awọn apẹrẹ iyipo.Ntọka si Nọmba 1, ni lilo awọn ipoidojuko iyipo \ (\ { r, \ theta , \ varphi \} \) (nibiti \(\theta \) ati \ (\varphi \) ṣe aṣoju igun anomaly ati igun azimuth lẹsẹsẹ), awọn tumor domain occupies Region embedded in the ilera aaye \({\mathcal {V}}_{T}=\{(r,\theta,\varphi):r\le a\}\) unbounded region \({\mathcal { V} }_{H} = \{(r,\theta,\varphi):r > a\}\).Ifilo si Alaye Afikun (SI) fun apejuwe pipe ti awoṣe mathematiki ti o da lori ipilẹ elastodynamic ti iṣeto daradara ti a royin ni ọpọlọpọ awọn iwe-iwe 45,46,47,48, a gbero nibi iṣoro kan ti o ni afihan nipasẹ ipo oscillation axisymmetric.Ironu yii tumọ si pe gbogbo awọn oniyipada laarin tumo ati awọn agbegbe ilera ni ominira lati ipoidojuko azimuthal \ (\varphi \) ati pe ko si ipalọlọ ti o waye ni itọsọna yii.Nitoribẹẹ, iyipada ati awọn aaye wahala le ṣee gba lati awọn agbara iwọn meji \(\phi = \ hat{\phi}\osi( {r,\theta} \right) e^{{ – i \omega {\kern 1pt } t }} \) ati \(\chi = \ ijanilaya {\chi } \ osi( {r,\theta} \right)e^{{ – i\omega {\kern 1pt} t }} \) , won wa ni lẹsẹsẹ ti o ni ibatan pẹlu igbi gigun ati igbi rirẹ, akoko ijamba t laarin igbaradi \ (\theta \) ati igun laarin itọsọna ti igbi iṣẹlẹ naa ati ipo fekito \ ({\mathbf {x)) \) bi o ṣe han ni nọmba 1) ati \ (\omega = 2 \ pi f \) duro fun igbohunsafẹfẹ angula.Ni pataki, aaye iṣẹlẹ naa jẹ apẹrẹ nipasẹ igbi ọkọ ofurufu \ (\phi_{H}^{(in)}\) (tun ṣe agbekalẹ ninu eto SI, ni idogba (A.9)) ti n tan kaakiri sinu iwọn didun ti ara gẹgẹ bi ofin ikosile
nibiti \(\phi_{0}\) ti jẹ paramita titobi.Imugboroosi iyipo ti igbi ọkọ ofurufu isẹlẹ (1) ni lilo iṣẹ igbi iyipo ni ariyanjiyan boṣewa:
Nibo ni \(j_{n}\) jẹ iṣẹ Bessel ti iyipo ti iru aṣẹ akọkọ \(n\), ati \(P_{n}\) jẹ iloyepo Legendre.Apakan igbi isẹlẹ ti aaye idoko-owo ti tuka ni agbegbe agbegbe ti o yika aaye isẹlẹ naa, lakoko ti apakan miiran ti tuka sinu aaye, ti o ṣe idasi si gbigbọn rẹ.Lati ṣe eyi, awọn ojutu ibaramu ti idogba igbi \(\nabla^{2} \hat{\phi } + k_{1}^{2} {\mkern 1mu} \hat{\phi } = 0\,\ ) ati \ (\ nabla^{2} {\mkern 1mu} \hat{\chi } + k_{2}^{2} \hat{\chi } = 0\), ti a pese fun apẹẹrẹ nipasẹ Eringen45 (wo tun SI. ) le ṣe afihan tumo ati awọn agbegbe ilera.Ni pataki, awọn igbi imugboroja ti tuka ati awọn igbi isovolumic ti ipilẹṣẹ ni alabọde agbalejo \(H\) gba awọn agbara agbara wọn lọwọ:
Lara wọn, iṣẹ Hankel oniyipo ti iru akọkọ \(h_{n}^{(1)}\) ni a lo lati ṣe akiyesi igbi ti tuka ti njade, ati \(\alpha_{n}\) ati \(\beta_{ n}\ ) ni awọn iye-iye ti a ko mọ.ninu idogba.Ninu awọn idogba (2)–(4), awọn ofin \(k_{H1}\) ati \(k_{H2}\) tọkasi awọn nọmba igbi ti ṣọwọn ati awọn igbi ifa ni agbegbe akọkọ ti ara, lẹsẹsẹ ( wo SI).Awọn aaye funmorawon inu tumo ati awọn iyipada ni fọọmu naa
Níbi tí \(k_{T1}\) àti \(k_{T2}\) dúró fún àwọn nọ́ńbà ìgbì gígùn àti ìdarí ní ẹkùn ẹkùn tumo, àti àwọn olùsọdipúpọ̀ tí a kò mọ̀ jẹ́ \(\gamma_{n} {\mkern 1mu}\) , \(\ eta_{n} {\mkern 1mu} \).Da lori awọn abajade wọnyi, radial ti kii ṣe odo ati awọn paati iṣipopada yipo jẹ abuda ti awọn agbegbe ilera ni iṣoro ti o wa labẹ ero, gẹgẹbi \(u_{Hr}\) ati \(u_{H\theta}\) (\(u_{) H \ varphi } \ ) arosinu simmetry ko nilo mọ) — le gba lati inu ibatan \(u_{Hr} = \partial_{r} \osi( {\phi + \partial_{r} (r\chi) } \atun) + k_}^{2} {\mkern 1mu} r\chi\) ati \(u_{H\theta} = r^{- 1} \partial_{\theta} \osi({\phi + \ partial_{r } ( r\chi ) } \atun) \) nipa siseda \(\phi = \phi_{H}^{(in)} + \phi_{H}^{(s)} \) ati \) (\chi = \chi_ {H}^ {(s)}\) (wo SI fun alaye itọsẹ mathematiki).Bakanna, rọpo \(\phi = \ phi_{T}^{(s)}\) ati \(\chi = \chi_{T}^{(s)}\) dapada {Tr} = \ partial_{r} \osi( {\phi + \partial_{r} (r\chi)} \atun) + k_{T2}^{2} {\mkern 1mu} r\chi\) ati \(u_{T\theta} = r^{-1}\apakan _{\theta}\osi({\phi +\partial_{r}(r\chi )}\atun)\).
(Osi) Geometry ti èèmọ iyipo ti o dagba ni agbegbe ti ilera nipasẹ eyiti aaye isẹlẹ ti n tan kaakiri, (ọtun) itankalẹ ti o baamu ti ipin lile-ogun tumọ bi iṣẹ ti radius tumo, data royin (farada lati Carotenuto et al. 41) lati inu awọn idanwo funmorawon vitro ni a gba lati awọn èèmọ igbaya ti o lagbara ti a fi omi ṣan pẹlu awọn sẹẹli MDA-MB-231.
Ti a ro pe awọn ohun elo rirọ laini ati awọn ohun elo isotropic, awọn paati aapọn ti kii-odo ni ilera ati awọn agbegbe tumo, ie \ (\sigma_{Hpq} \) ati \ (\ sigma_{Tpq} \) - gbọràn si ofin Hooke ti gbogbogbo, fun pe nibẹ are different Lamé moduli , èyí tí ó sàpèjúwe àràádọ́ta ọ̀kẹ́ ogun àti ìrọra tumo, tí a tọ́ka sí bí \(\{ \mu_{H},\,\lambda_{H} \}\) àti \(\{ \mu_{T},\, \lambda_ {T} \}\) (wo Idogba (A.11) fun ikosile kikun ti awọn paati wahala ti o jẹ aṣoju ninu SI).Ni pato, ni ibamu si awọn data ni itọkasi 41 ati ti a gbekalẹ ni Nọmba 1, awọn èèmọ ti o dagba sii fihan iyipada ninu awọn iṣiro elasticity ti ara.Nípa bẹ́ẹ̀, àwọn ìṣípòpadà àti másùnmáwo nínú agbo ilé àti ẹkùn ìtúmọ̀ jẹ́ ṣíṣe ìpinnu pátápátá títí dé àkójọpọ̀ àwọn ìdúró aimọ́ \({{ \varvec{\upxi}}}_{n} = \{ \ alpha_{n} ,{\mkern 1mu } \ beta_{ n} {\mkern 1mu} \gamma_{n} ,\eta_{n} \}\ ) ní àkànlò èdè àìlópin.Lati wa awọn olutọpa onisọdipupo wọnyi, awọn atọkun ti o dara ati awọn ipo aala laarin tumo ati awọn agbegbe ilera ni a ṣe agbekalẹ.Ti a ro pe isọdọkan pipe ni wiwo-ogun tumor-host \(r = a \), itesiwaju awọn iṣipopada ati awọn aapọn nilo awọn ipo wọnyi:
Eto (7) ṣe eto awọn idogba pẹlu awọn ojutu ailopin.Ni afikun, ipo aala kọọkan yoo dale lori anomaly \ (\ theta \).Lati din iṣoro iye aala si iṣoro algebra pipe pẹlu awọn eto \(N\) ti awọn eto pipade, ọkọọkan wọn wa ninu aimọ \({{\varvec{\upxi}}}_{n} = \{ \ alpha_ {n},{ \mkern 1mu} \beta_{n} {\mkern 1mu} \gamma_{n}, \eta_{n} \}_{n = 0,…,N}\) (pẹlu \ ( N \) to \ infty \), oṣeeṣe), ati lati se imukuro awọn gbára awọn idogba lori trigonometric awọn ofin, awọn ni wiwo awọn ipo ti wa ni kikọ ni kan ko lagbara fọọmu lilo awọn orthogonality ti Legendre multinomials.Ni pataki, idogba (7)1,2 ati (7)3,4 jẹ isodipupo nipasẹ \(P_{n} \osi( {\cos \theta} \ ọtun)\) ati \(P_{n}^{) 1} \osi( {\cos\theta}\right)\) ati lẹhinna ṣepọ laarin \(0\) ati \(\pi\) ni lilo awọn idamọ mathematiki:
Nitorinaa, ipo wiwo (7) da pada eto idogba algebra kuadiratiki, eyiti o le ṣafihan ni fọọmu matrix bi \({\mathbb{D}}_{n} (a) \cdot {{\varvec{\upxi}} } _{n} = {\mathbf{q}}_{n} (a)\) ki o gba aimọ \({{\varvec{\upxi}}}}_{n}\ ) nipa yiyanju ofin Cramer.
Lati ṣe iṣiro ṣiṣan agbara ti o tuka nipasẹ aaye ati gba alaye nipa idahun akositiki rẹ ti o da lori data lori aaye ti o tuka ni agbedemeji agbalejo, opoiye akositiki jẹ iwulo, eyiti o jẹ apakan agbelebu pipinka bistatic deede.Ni pataki, apakan agbelebu pipinka, ti a tọka si \(s), ṣe afihan ipin laarin agbara akositiki ti o tan kaakiri nipasẹ ifihan tuka ati pipin agbara ti o gbe nipasẹ igbi isẹlẹ naa.Nípa èyí, ìtóbi iṣẹ́ ìrísí \(\osi| {F_{\infty} \òsì(\theta \right)} \right|^{2}\) jẹ́ ìwọ̀n tí a sábà máa ń lò nínú kíkọ́ àwọn ohun èlò ìkọsitiki. ifibọ ninu omi tabi ri to Tuka awọn nkan ninu erofo.Ni deede diẹ sii, titobi ti iṣẹ apẹrẹ jẹ asọye bi apakan agbelebu pipinka iyatọ \(ds \) fun agbegbe ẹyọkan, eyiti o yatọ nipasẹ deede si itọsọna ti itankale igbi iṣẹlẹ naa:
nibiti \(f_{n}^{pp}\) ati \(f_{n}^{ps}\) ṣe afihan iṣẹ modal, eyiti o tọka si ipin awọn agbara ti igbi gigun ati igbi ti o tuka ni ibatan si iṣẹlẹ P-igbi ni alabọde gbigba, lẹsẹsẹ, ni a fun pẹlu awọn ọrọ wọnyi:
Awọn iṣẹ igbi apakan (10) ni a le ṣe iwadi ni ominira ni ibamu pẹlu ilana itọka ti ntan (RST) 49,50,51,52, eyiti o jẹ ki o ṣee ṣe lati yapa rirọ ibi-afẹde kuro ni aaye ti o ṣako lapapọ nigba kikọ ẹkọ awọn ipo oriṣiriṣi.Ni ibamu si ọna yii, iṣẹ fọọmu modal le jẹ jijẹ si apao awọn ẹya dogba meji, eyun \(f_{n} = f_{n}^{(res)} + f_{n}^{(b)}\ ) jẹ ibatan si awọn titobi isale ati ti kii ṣe atunṣe, ni atele.Iṣẹ apẹrẹ ti ipo resonant jẹ ibatan si idahun ti ibi-afẹde, lakoko ti abẹlẹ nigbagbogbo ni ibatan si apẹrẹ ti olutapa.Lati ṣe awari ọna kika akọkọ ti ibi-afẹde fun ipo kọọkan, titobi iṣẹ apẹrẹ resonance modal \(\osi| {f_{n}^{(res)} \osi( \theta \right)} \right|\ ) ti wa ni iṣiro a ro kan lile lẹhin, wa ninu ti impenetrable spheres ni ohun rirọ ogun ohun elo.Idawọle yii jẹ iwuri nipasẹ otitọ pe, ni gbogbogbo, lile mejeeji ati iwuwo pọ si pẹlu idagba ti ibi-iṣan tumo nitori aapọn titẹku ti o ku.Nitorinaa, ni ipele idagbasoke ti o nira, ipin impedance \(\rho_{T} c_{1T} /\rho_{H} c_{1H}\) ni a nireti lati tobi ju 1 fun ọpọlọpọ awọn èèmọ to lagbara ti macroscopic ti ndagba ni rirọ awọn ara.Fun apẹẹrẹ, Krouskop et al.53 royin ipin kan ti akàn si modulus deede ti iwọn 4 fun àsopọ pirositeti, lakoko ti iye yii pọ si 20 fun awọn ayẹwo àsopọ ọmu.Awọn ibatan wọnyi laiṣe iyipada ikọsitiki ikọsitiki ti àsopọ, gẹgẹ bi tun ṣe afihan nipasẹ itupalẹ elastography54,55,56, ati pe o le ni ibatan si didi awọ ti agbegbe ti o fa nipasẹ hyperproliferation tumo.Iyatọ yii tun ti ṣe akiyesi ni idanwo pẹlu awọn idanwo funmorawon ti o rọrun ti awọn bulọọki tumo igbaya ti o dagba ni awọn ipele oriṣiriṣi32, ati atunṣe ohun elo naa le ni atẹle daradara pẹlu awọn apẹẹrẹ awọn iru-agbelebu asọtẹlẹ ti awọn èèmọ ti kii ṣe laini dagba43,44.Awọn data lile ti a gba ni ibatan taara si itankalẹ ti awọn ọmọ inu modulus ti awọn èèmọ to lagbara ni ibamu si agbekalẹ \ (E_{T} = S\ osi( {1 – \ nu ^{2} } ọtun)/a\sqrt \ varepsilon \ ) (awọn aaye pẹlu rediosi \ (a \), gígan \ (S \) ati ipin Poisson \ (\ nu \) laarin awọn apẹrẹ meji ti kosemi 57, bi o ṣe han ni Figure 1).Nitorinaa, o ṣee ṣe lati gba awọn wiwọn impedance akositiki ti tumo ati agbalejo ni awọn ipele idagbasoke oriṣiriṣi.Ni pataki, ni lafiwe pẹlu modulus ti ara deede ti o dọgba si 2 kPa ni aworan 1, modulu rirọ ti awọn èèmọ igbaya ni iwọn iwọn 500 si 1250 mm3 yorisi ilosoke lati bii 10 kPa si 16 kPa, eyiti o jẹ ni ibamu pẹlu awọn royin data.ni awọn itọkasi 58, 59 o rii pe titẹ ninu awọn ayẹwo àsopọ igbaya jẹ 0.25-4 kPa pẹlu isọtẹlẹ ti o padanu.Tun ro pe ipin Poisson ti ohun elo ti o fẹrẹẹ jẹ 41.60, eyiti o tumọ si pe iwuwo ti ara ko yipada ni pataki bi iwọn didun ti n pọ si.Ní pàtàkì, ìwọ̀n ìwọ̀n òpòlopò olùgbé \(\rho = 945\,{\text{kg}}\,{\text{m}}^{ – 3}\)61 ni a lò.Pẹlu awọn ero wọnyi, lile le gba ipo isale nipa lilo ikosile atẹle:
Ibiti aimọ ibakan \(\widehat{{\varvec{\upxi))))_{n} = \{\delta_{n} ,\upsilon_{n} \}\) le ṣe iṣiro ni akiyesi itesiwaju ojúsàájú ( 7 )2,4, ìyẹn, nípa yíyanjú ètò algebra \(\widehat{{\mathbb{D}}}_{n} (a) \cdot \widehat{({\varvec{\upxi}} } } _{n } = \widehat{{\mathbf{q}}}_{n} (a)\) ti o kan awon omo kekere\(\widehat{{\mathbb{D}}}_{n} (a) = \ {{ \ mathbb{D}}_{n} (a)\}_{{\{(1,3),(1,3)\}}}\) ati fekito ọwọn ti o rọrun ti o baamu\(\widehat {\mathbf {q}}}_{n} (а) \) Pese imoye ipilẹ ni idogba. \osi( {res} \atun)\,pp}} \osi( \theta \right)} \right| n}^{pp(b)} \osi( \theta \ ọtun)} \atun|\) ati \( \osi|{f_{n}^{{\osi( {res} \atun)\,ps} } \osi( \theta \ ọtun)} \ ọtun|= \osi|{f_{n}^{ps} \osi( \theta \ ọtun) – f_{n}^{ps(b)} \osi( \\ theta \right)} \àtúnṣe|\) ń tọ́ka sí ìmóríyá P-igbi àti ìṣàròsọ P- àti S-igbì, ní ọ̀kọ̀ọ̀kan.Siwaju sii, titobi akọkọ jẹ iṣiro bi \(\theta = \ pi \), ati iwọn titobi keji jẹ ifoju si bi \ (\theta = \ pi/4 \).Nipa ikojọpọ orisirisi tiwqn-ini.olusin 2 fihan wipe awọn resonant awọn ẹya ara ẹrọ ti tumo spheroids soke si nipa 15 mm ni iwọn ila opin wa ni o kun ogidi ninu awọn igbohunsafẹfẹ iye ti 50-400 kHz, eyi ti o tọkasi awọn seese ti lilo kekere-igbohunsafẹfẹ olutirasandi lati jeki resonant tumo simi.awọn sẹẹli.Ọpọlọpọ ti.Ninu ẹgbẹ igbohunsafẹfẹ yii, itupalẹ RST ṣe afihan awọn ọna kika ipo ẹyọkan fun awọn ipo 1 si 6, ti a ṣe afihan ni Nọmba 3. Nibi, mejeeji pp- ati awọn igbi ti a tuka kaakiri ps ṣe afihan awọn ọna kika ti iru akọkọ, ti o waye ni awọn iwọn kekere pupọ, eyiti o pọ si lati nipa 20 kHz fun ipo 1 si nipa 60 kHz fun n = 6, ti o fihan pe ko si iyatọ pataki ninu rediosi aaye.Awọn resonant iṣẹ ps ki o si bajẹ, nigba ti awọn apapo ti o tobi titobi pp formants pese a periodicity ti nipa 60 kHz, fifi kan ti o ga igbohunsafẹfẹ naficula pẹlu jijẹ mode nọmba.Gbogbo awọn itupalẹ ni a ṣe nipa lilo sọfitiwia iširo Mathematica®62.
Awọn iṣẹ fọọmu ẹhin ti a gba lati inu module ti awọn èèmọ igbaya ti awọn titobi oriṣiriṣi ni a fihan ni aworan 1, nibiti a ti ṣe afihan awọn ẹgbẹ pipinka ti o ga julọ ti o ṣe akiyesi ipo ipo.
Awọn igbejade ti awọn ipo ti a yan lati \(n = 1 \) si \ (n = 6 \), ti a ṣe iṣiro lori itara ati iṣaro ti P-igbi ni awọn titobi tumo (awọn igun dudu lati \(\ osi | {f_{ n} ^) {{\ osi( {res} \atun)\,pp}} \osi( \pi \atun)} \atun| = \osi|. f_{n }^{pp(b)} \osi( \pi \ ọtun)} \ ọtun|\)) ati P-igbi yiya ati S-igbi irisi (awọ grẹy ìsépo fun nipasẹ modal apẹrẹ iṣẹ \( \ osi | {{ f_{n }^{{\osi( {res} \right)\,ps}} \osi( {\pi /4} \atun)} \atun| = \osi|. \osi( {\pi /4} \atun) – f_{n}^{ps(b)} \osi( {\pi /4} \atun)} \atun |\)).
Awọn abajade ti itupalẹ alakoko yii ni lilo awọn ipo itankale aaye jijin le ṣe itọsọna yiyan ti awọn igbohunsafẹfẹ awakọ-pato ni awọn iṣeṣiro nọmba atẹle lati ṣe iwadi ipa ti aapọn microvibration lori ọpọ.Awọn abajade fihan pe isọdọtun ti awọn igbohunsafẹfẹ ti o dara julọ le jẹ ipele-pato lakoko idagbasoke tumo ati pe a le pinnu nipa lilo awọn abajade ti awọn awoṣe idagbasoke lati fi idi awọn ilana biomechanical ti a lo ninu itọju ailera arun lati sọ asọtẹlẹ atunṣe ti ara ni deede.
Awọn ilọsiwaju pataki ni nanotechnology n ṣe awakọ agbegbe ti imọ-jinlẹ lati wa awọn ojutu tuntun ati awọn ọna lati ṣe agbekalẹ awọn ẹrọ iṣoogun ti o kere ati ti o kere ju fun awọn ohun elo vivo.Ni aaye yii, imọ-ẹrọ LOF ti ṣe afihan agbara iyalẹnu lati faagun awọn agbara ti awọn okun opiti, ti o mu ki idagbasoke ti awọn ohun elo fiber opiti tuntun ti o kere ju fun awọn ohun elo imọ-jinlẹ igbesi aye21, 63, 64, 65. Ero ti iṣakojọpọ 2D ati awọn ohun elo 3D pẹlu kemikali ti o fẹ, ti ibi, ati awọn ohun-ini opiti ni awọn ẹgbẹ 25 ati / tabi pari 64 ti awọn okun opiti pẹlu iṣakoso aye ni kikun ni nanoscale nyorisi ifarahan ti kilasi tuntun ti fiber optic nanooptodes.ni ọpọlọpọ awọn iṣẹ iwadii ati awọn iṣẹ iwosan.O yanilenu, nitori awọn ohun-ini jiometirika ati awọn ohun-ini ẹrọ (apakan agbelebu kekere, ipin abala nla, irọrun, iwuwo kekere) ati biocompatibility ti awọn ohun elo (nigbagbogbo gilasi tabi awọn polima), awọn okun opiti jẹ ibamu daradara fun fifi sii sinu awọn abere ati awọn catheters.Awọn ohun elo iṣoogun20, fifin ọna fun iran tuntun ti “ile-iwosan abẹrẹ” (wo Nọmba 4).
Ni otitọ, nitori awọn iwọn ti ominira ti o funni nipasẹ imọ-ẹrọ LOF, nipa lilo isọpọ ti micro- ati awọn nanostructures ti a ṣe lati oriṣiriṣi irin ati / tabi awọn ohun elo dielectric, awọn okun opiti le jẹ iṣẹ ṣiṣe daradara fun awọn ohun elo kan pato nigbagbogbo n ṣe atilẹyin itusilẹ ipo resonant., Aaye ina 21 ti wa ni ipo ti o lagbara.Imudani ti ina lori iwọn-iwọn igbi-omi kekere, nigbagbogbo ni apapo pẹlu kemikali ati / tabi iṣelọpọ ti ibi63 ati isọpọ awọn ohun elo ifura gẹgẹbi awọn polymers smart65,66 le mu iṣakoso pọ si lori ibaraenisepo ti ina ati ọrọ, eyiti o le wulo fun awọn idi itọju.Yiyan ti iru ati iwọn ti ese irinše / ohun elo han da lori awọn ti ara, ti ibi tabi kemikali sile lati wa ni-ri21,63.
Ijọpọ ti awọn iwadii LOF sinu awọn abẹrẹ iṣoogun ti a tọka si awọn aaye kan pato ninu ara yoo jẹ ki omi inu agbegbe ati awọn biopsies tissu ni vivo, gbigba itọju agbegbe nigbakanna, idinku awọn ipa ẹgbẹ ati jijẹ ṣiṣe.Awọn anfani ti o pọju ni wiwa ti awọn oriṣiriṣi awọn ohun elo ti n kaakiri, pẹlu akàn.biomarkers tabi microRNAs (miRNAs) 67, idanimọ ti awọn ara alakan nipa lilo laini ati spectroscopy ti kii ṣe laini gẹgẹbi Raman spectroscopy (SERS) 31, aworan fọtoacoustic ti o ga-giga22,28,68, iṣẹ abẹ laser ati ablation69, ati awọn oogun ifijiṣẹ agbegbe ni lilo ina27 ati itọsọna laifọwọyi ti awọn abere sinu ara eniyan20.O tọ lati ṣe akiyesi pe botilẹjẹpe lilo awọn okun opiti yago fun awọn aila-nfani aṣoju ti awọn ọna “kilasika” ti o da lori awọn paati itanna, gẹgẹbi iwulo fun awọn asopọ itanna ati wiwa kikọlu itanna, eyi ngbanilaaye ọpọlọpọ awọn sensosi LOF lati ni imunadoko sinu eto.abẹrẹ oogun kan.Ifarabalẹ ni pato gbọdọ wa ni san si idinku awọn ipa ipalara gẹgẹbi idoti, kikọlu opiti, awọn idena ti ara ti o fa awọn ipa-ọna agbekọja laarin awọn iṣẹ oriṣiriṣi.Sibẹsibẹ, o tun jẹ otitọ pe ọpọlọpọ awọn iṣẹ ti a mẹnuba ko ni lati ṣiṣẹ ni akoko kanna.Abala yii jẹ ki o ṣee ṣe lati dinku kikọlu o kere ju, nitorinaa diwọn ipa odi lori iṣẹ ṣiṣe ti iwadii kọọkan ati deede ti ilana naa.Awọn imọran wọnyi gba wa laaye lati wo ero ti "abẹrẹ ni ile-iwosan" gẹgẹbi iranran ti o rọrun lati fi ipilẹ ti o lagbara fun iran ti o tẹle ti awọn abẹrẹ itọju ailera ni awọn imọ-aye.
Pẹlu iyi si ohun elo kan pato ti a jiroro ninu iwe yii, ni apakan atẹle a yoo ṣe iwadii nọmba ni nọmba agbara ti abẹrẹ iṣoogun kan lati darí awọn igbi ultrasonic sinu awọn ara eniyan nipa lilo itankale wọn lẹgbẹẹ ipo rẹ.
Itankale ti awọn igbi ultrasonic nipasẹ abẹrẹ iṣoogun kan ti o kun fun omi ati fi sii sinu awọn ohun elo rirọ (wo aworan atọka ni Fig. 5a) ni a ṣe apẹrẹ nipa lilo sọfitiwia Comsol Multiphysics ti iṣowo ti o da lori ọna ipin ti o ni opin (FEM) 70, nibiti abẹrẹ ati àsopọ ti jẹ apẹrẹ. bi laini rirọ ayika.
Ifilo si olusin 5b, abẹrẹ naa jẹ apẹrẹ bi silinda ṣofo (ti a tun mọ ni “cannula”) ti irin alagbara, ohun elo boṣewa fun awọn abere iṣoogun71.Ni pataki, o jẹ apẹrẹ pẹlu modulus Ọdọmọde E = 205 GPa, ipin Poisson ν = 0.28, ati iwuwo ρ = 7850 kg m -372.73.Geometrically, abẹrẹ naa jẹ ijuwe nipasẹ gigun L, iwọn ila opin inu D (ti a tun pe ni “kiliaransi”) ati sisanra ogiri t.Ni afikun, ipari ti abẹrẹ naa ni a gba pe o ni itara ni igun kan α pẹlu ọwọ si itọsọna gigun (z).Iwọn omi ni pataki ni ibamu si apẹrẹ ti agbegbe inu ti abẹrẹ naa.Ninu itupalẹ alakoko yii, a ti ro pe abẹrẹ naa wa ni immersed patapata ni agbegbe ti ara (ti a ro pe o fa siwaju si ailopin), ti a ṣe apẹrẹ bi aaye ti radius rs, eyiti o duro nigbagbogbo ni 85 mm lakoko gbogbo awọn iṣeṣiro.Ni awọn alaye diẹ sii, a pari agbegbe iyipo pẹlu ipele ti o baamu ni pipe (PML), eyiti o kere ju dinku awọn igbi ti aifẹ ti o han lati awọn aala “oju inu”.Lẹhinna a yan rediosi rs lati gbe aala agbegbe iyipo ti o jinna si abẹrẹ lati ma ni ipa lori ojutu iṣiro, ati kekere to ko lati ni ipa lori idiyele iṣiro ti simulation naa.
Iyipada gigun gigun ti irẹpọ ti igbohunsafẹfẹ f ati titobi A ti lo si aala isalẹ ti geometry stylus;ipo yii ṣe aṣoju iyanju igbewọle ti a lo si jiometirika iṣeṣiro.Ni awọn aala ti o ku ti abẹrẹ (ni olubasọrọ pẹlu àsopọ ati omi), awoṣe ti a gba ni a gba pe o ni ibatan laarin awọn iṣẹlẹ ti ara meji, ọkan ninu eyiti o ni ibatan si awọn ẹrọ iṣelọpọ (fun agbegbe abẹrẹ), ati awọn miiran to igbekale isiseero.(fun agbegbe acicular), nitorinaa awọn ipo ibamu ti wa ni ti paṣẹ lori acoustics (fun omi ati agbegbe acicular)74.Ni pato, awọn gbigbọn kekere ti a lo si ijoko abẹrẹ fa awọn ipalara foliteji kekere;bayi, a ro pe abẹrẹ huwa bi ohun rirọ alabọde, nipo fekito U le ti wa ni ifoju lati elastodynamic equilibrium idogba (Navier)75.Awọn iyipo igbekalẹ ti abẹrẹ naa fa awọn ayipada ninu titẹ omi inu rẹ (ti a ro pe o duro ni awoṣe wa), nitori abajade eyiti awọn igbi ohun n tan kaakiri ni itọsọna gigun ti abẹrẹ, ni pataki gbọràn si Helmholtz equation76.Nikẹhin, ti a ro pe awọn ipa ti kii ṣe lainidi ninu awọn tisọ jẹ aifiyesi ati pe titobi ti awọn igbi irẹwẹsi jẹ kere ju titobi ti awọn igbi titẹ, idogba Helmholtz tun le ṣee lo lati ṣe apẹẹrẹ awọn ikede ti awọn igbi omi acoustic ni awọn awọ asọ.Lẹhin isunmọ yii, a ṣe akiyesi àsopọ naa bi olomi77 pẹlu iwuwo ti 1000 kg/m3 ati iyara ohun ti 1540 m/s (ikọjukọ awọn ipa ipadabọ-igbẹkẹle igbohunsafẹfẹ).Lati sopọ awọn aaye ti ara meji wọnyi, o jẹ dandan lati rii daju itesiwaju gbigbe deede ni aala ti ri to ati omi bibajẹ, iwọntunwọnsi aimi laarin titẹ ati aapọn ni papẹndikula si aala ti ri to, ati aapọn tangential ni aala ti omi gbọdọ jẹ dogba si odo.75 .
Ninu itupalẹ wa, a ṣe iwadii itankale awọn igbi omi akositiki lẹgbẹẹ abẹrẹ kan labẹ awọn ipo iduro, ni idojukọ lori ipa ti geometry ti abẹrẹ lori itujade ti awọn igbi inu iṣan.Ni pataki, a ṣe iwadii ipa ti iwọn ila opin inu ti abẹrẹ D, gigun L ati igun bevel α, titọju sisanra t ti o wa titi ni 500 µm fun gbogbo awọn ọran ti a ṣe iwadi.Yi iye ti t isunmọ si awọn aṣoju boṣewa sisanra odi 71 fun owo abere.
Laisi isonu ti gbogbogbo, igbohunsafẹfẹ f ti iṣipopada irẹpọ ti a lo si ipilẹ abẹrẹ naa ni a mu dogba si 100 kHz, ati titobi A jẹ 1 μm.Ni pataki, a ṣeto igbohunsafẹfẹ si 100 kHz, eyiti o ni ibamu pẹlu awọn iṣiro itupalẹ ti a fun ni apakan “Itupalẹ itusilẹ ti awọn ọpọ èèmọ iyipo lati siro awọn igbohunsafẹfẹ olutirasandi ti o gbẹkẹle idagbasoke”, nibiti a ti rii ihuwasi-bi ihuwasi ti awọn ọpọ eniyan tumo ninu Iwọn igbohunsafẹfẹ ti 50-400 kHz, pẹlu titobi titobi titobi ti o pọju ti o pọju ni awọn iwọn kekere ni ayika 100-200 kHz (wo aworan 2).
Paramita akọkọ ti a ṣe iwadi jẹ iwọn ila opin inu D ti abẹrẹ naa.Fun irọrun, o jẹ asọye bi ida odidi ti ipari igbi akositiki ninu iho abẹrẹ naa (ie, ninu omi λW = 1.5 mm).Nitootọ, awọn iyalẹnu ti itankale igbi ni awọn ẹrọ ti o ni ijuwe nipasẹ geometry ti a fun (fun apẹẹrẹ, ninu itọsọna igbi) nigbagbogbo dale lori iwọn abuda ti geometry ti a lo ni lafiwe pẹlu gigun ti igbi ti ikede.Ni afikun, ni itupalẹ akọkọ, lati le tẹnumọ ipa ti iwọn ila opin D dara julọ lori itọjade igbi acoustic nipasẹ abẹrẹ, a ṣe akiyesi itọsi alapin, ṣeto igun α = 90 °.Lakoko itupalẹ yii, ipari abẹrẹ L ti wa titi ni 70 mm.
Lori ọpọtọ.6a n ṣe afihan kikankikan ohun aropin gẹgẹbi iṣẹ ti paramita iwọn iwọn SD, ie D = λW/SD ti a ṣe ayẹwo ni aaye kan pẹlu rediosi ti 10 mm ti o dojukọ lori sample abẹrẹ ti o baamu.Awọn paramita igbelosoke SD yipada lati 2 si 6, ie a gbero awọn iye D ti o wa lati 7.5 mm si 2.5 mm (ni f = 100 kHz).Ibiti naa tun pẹlu iye boṣewa ti 71 fun awọn abẹrẹ iṣoogun irin alagbara.Gẹgẹbi a ti ṣe yẹ, iwọn ila opin ti inu ti abẹrẹ yoo ni ipa lori kikankikan ti ohun ti o jade nipasẹ abẹrẹ, pẹlu iye ti o pọju (1030 W / m2) ti o baamu D = λW / 3 (ie D = 5 mm) ati aṣa ti o dinku pẹlu idinku. opin.O yẹ ki o ṣe akiyesi pe iwọn ila opin D jẹ paramita jiometirika ti o tun ni ipa lori invasiveness ti ẹrọ iṣoogun kan, nitorinaa abala pataki yii ko le ṣe akiyesi nigbati o yan iye to dara julọ.Nitorinaa, botilẹjẹpe idinku ninu D waye nitori gbigbe kekere ti kikasitiki kikankikan ninu awọn tisọ, fun awọn iwadii atẹle, iwọn ila opin D = λW/5, ie D = 3 mm (ni ibamu si boṣewa 11G71 ni f = 100 kHz) , ti wa ni ka a reasonable aropin laarin ẹrọ intrusiveness ati ohun kikankikan gbigbe (apapọ nipa 450 W/m2).
Apapọ kikankikan ti ohun ti o jade nipasẹ ipari abẹrẹ naa (ti a ro pe alapin), da lori iwọn ila opin inu ti abẹrẹ (a), ipari (b) ati igun bevel α (c).Gigun ni (a, c) jẹ 90 mm, ati iwọn ila opin ni (b, c) jẹ 3 mm.
Paramita ti o tẹle lati ṣe atupale ni ipari ti abẹrẹ L. Gẹgẹbi fun iwadii ọran ti iṣaaju, a ṣe akiyesi igun oblique α = 90 ° ati ipari gigun jẹ iwọn bi ọpọ ti igbi gigun ninu omi, ie ro L = SL λW .Paramita iwọn ailabawọn SL ti yipada lati 3 nipasẹ 7, nitorinaa ṣe iṣiro aropin kikankikan ti ohun ti o jade nipasẹ ṣoki abẹrẹ ni iwọn gigun lati 4.5 si 10.5 mm.Iwọn yii pẹlu awọn iye aṣoju fun awọn abẹrẹ iṣowo.Awọn esi ti han ni ọpọtọ.6b, ti o fihan pe ipari ti abẹrẹ, L, ni ipa nla lori gbigbe kikankikan ohun ni awọn tissues.Ni pataki, iṣapeye ti paramita yii jẹ ki o ṣee ṣe lati ni ilọsiwaju gbigbe nipasẹ bii aṣẹ titobi.Ni otitọ, ni iwọn gigun ti a ṣe atupale, apapọ kikankikan ohun n gba iwọn agbegbe ti 3116 W/m2 ni SL = 4 (ie, L = 60 mm), ati ekeji ni ibamu si SL = 6 (ie, L = 90). mm).
Lẹhin itupalẹ ipa ti iwọn ila opin ati ipari ti abẹrẹ lori itankale olutirasandi ni geometry cylindrical, a dojukọ ipa ti igun bevel lori gbigbe kikankikan ohun ni awọn sẹẹli.Apapọ kikankikan ti ohun ti o njade lati ori okun okun ni a ṣe ayẹwo bi iṣẹ ti igun α, yiyipada iye rẹ lati 10 ° (eti didasilẹ) si 90 ° (fifun alapin).Ni ọran yii, rediosi ti agbegbe isọpọ ni ayika ipari abẹrẹ ti a gbero jẹ 20 mm, nitorinaa fun gbogbo awọn iye ti α, ipari ti abẹrẹ naa wa ninu iwọn didun ti a ṣe iṣiro lati apapọ.
Bi o han ni ọpọtọ.6c, nigbati awọn sample ti wa ni didasilẹ, ie, nigbati α dinku ti o bere lati 90 °, awọn kikankikan ti awọn ti o ti gbe ohun soke, nínàgà kan ti o pọju iye ti nipa 1.5 × 105 W/m2, eyi ti o ni ibamu si α = 50 °, ie, 2. jẹ aṣẹ titobi ti o ga ni ibatan si ipo alapin.Pẹlu didasilẹ siwaju sii ti sample (ie, ni α ni isalẹ 50°), kikankikan ohun duro lati dinku, de awọn iye ti o ni afiwe si itọpa fifẹ.Bibẹẹkọ, botilẹjẹpe a gbero ọpọlọpọ awọn igun bevel fun awọn iṣeṣiro wa, o tọ lati gbero pe didasilẹ ipari jẹ pataki lati dẹrọ fifi sii abẹrẹ sinu àsopọ.Ni otitọ, igun bevel ti o kere ju (bii 10 °) le dinku agbara 78 ti o nilo lati wọ inu ara.
Ni afikun si iye ti kikankikan ohun ti a gbejade laarin ara, igun bevel tun ni ipa lori itọsọna ti soju igbi, bi o ṣe han ninu awọn aworan ipele titẹ ohun ti o han ni Fig. 7a (fun sample alapin) ati 3b (fun 10 °). ).beveled sample), ni afiwe The ni gigun itọsọna ti wa ni akojopo ninu awọn ofurufu ti symmetry (yz, cf. olusin. 5).Ni awọn iwọn ti awọn ero meji wọnyi, ipele titẹ ohun (ti a tọka si bi 1 µPa) wa ni ogidi laarin iho abẹrẹ (ie ninu omi) ati tan sinu àsopọ.Ni awọn alaye diẹ sii, ninu ọran ti itọsi alapin (Fig. 7a), pinpin ti ipele titẹ ohun ti o ni ibamu daradara ni ibamu si itọnisọna gigun, ati awọn igbi ti o duro le ṣe iyatọ ninu omi ti o kun ara.Igbi ti wa ni Oorun ni gigun (z-axis), titobi de iye ti o pọju ninu omi (nipa 240 dB) ati dinku ni ọna gbigbe, eyiti o yori si idinku ti o to 20 dB ni ijinna 10 mm lati aarin abẹrẹ naa.Gẹgẹbi a ti ṣe yẹ, ifihan ti itọka ti o ni itọka (Fig. 7b) fọ aami-ara yii, ati awọn antinodes ti awọn igbi ti o duro "yi pada" ni ibamu si ipari ti abẹrẹ naa.Nkqwe, asymmetry yii ni ipa lori kikankikan itankalẹ ti sample abẹrẹ, gẹgẹbi a ti ṣalaye tẹlẹ (Fig. 6c).Lati loye abala yii dara si, a ṣe iṣiro kikankikan akositiki lẹgbẹẹ orthogonal laini gige kan si itọsọna gigun ti abẹrẹ, eyiti o wa ninu ọkọ ofurufu ti abẹrẹ ti abẹrẹ ati ti o wa ni ijinna ti 10 mm lati ipari abẹrẹ naa ( esi ni Figure 7c).Ni pataki diẹ sii, awọn ipinpinpin kikankikan ohun ti a ṣe ayẹwo ni 10°, 20° ati 30° awọn igun oblique (buluu, pupa ati awọn laini ti o lagbara alawọ ewe, ni atele) ni a ṣe afiwe si pinpin nitosi opin alapin (awọn ami ami dudu).Pipin kikankikan ti o ni nkan ṣe pẹlu awọn abẹrẹ ti o ni fifẹ han lati jẹ alapọpọ nipa aarin abẹrẹ naa.Ni pato, o gba lori iye ti o to 1420 W/m2 ni aarin, iṣan omi ti o to 300 W/m2 ni ijinna ti ~ 8 mm, ati lẹhinna dinku si iye ti 170 W/m2 ni ~ 30 mm .Bi awọn sample ti di tokasi, aarin lobe pin si siwaju sii lobes ti orisirisi kikankikan.Ni pato diẹ sii, nigbati α jẹ 30 °, awọn petals mẹta le ṣe iyatọ ni kedere ni profaili ti a wọn ni 1 mm lati ori abẹrẹ naa.Aarin jẹ fere ni aarin ti abẹrẹ ati pe o ni ifoju-iye ti 1850 W / m2, ati pe eyi ti o ga julọ ni apa ọtun jẹ nipa 19 mm lati aarin ati de 2625 W / m2.Ni α = 20 °, awọn lobes akọkọ 2 wa: ọkan fun -12 mm ni 1785 W/m2 ati ọkan fun 14 mm ni 1524 W/m2.Nigbati sample ba di didasilẹ ati igun naa de 10 °, o pọju 817 W/m2 ti de ni iwọn -20 mm, ati awọn lobes mẹta diẹ sii ti kikankikan ti o kere ju ni o han pẹlu profaili naa.
Ipele titẹ ohun ni ọkọ ofurufu ti symmetry y–z ti abẹrẹ kan pẹlu opin fifẹ (a) ati 10° bevel (b).(c) Pinpin kikankikan akositiki ni ifoju lẹgbẹẹ laini gige kan papẹndikula si itọsọna gigun ti abẹrẹ, ni ijinna 10 mm lati ipari ti abẹrẹ ati eke ni ọkọ ofurufu ti symmetry yz.Gigun L jẹ 70 mm ati iwọn ila opin D jẹ 3 mm.
Papọ, awọn abajade wọnyi ṣe afihan pe awọn abere iṣoogun le ṣee lo ni imunadoko lati atagba olutirasandi ni 100 kHz sinu asọ rirọ.Kikan ti ohun itujade da lori jiometirika ti abẹrẹ ati pe o le jẹ iṣapeye (koko ọrọ si awọn idiwọn ti a fi lelẹ nipasẹ ifasilẹ ti ẹrọ ipari) si awọn iye ni iwọn 1000 W / m2 (ni 10 mm).ti a lo si isalẹ ti abẹrẹ naa 1. Ni ọran ti aiṣedeede micrometer, a gba abẹrẹ naa lati fi sii ni kikun sinu awọ asọ ti o gbooro ailopin.Ni pataki, igun bevel ni ipa ni ipa lori kikankikan ati itọsọna ti itankale awọn igbi ohun ohun ninu àsopọ, eyiti o yorisi akọkọ si orthogonality ti gige ti sample abẹrẹ.
Lati ṣe atilẹyin idagbasoke awọn ilana itọju tumo tuntun ti o da lori lilo awọn ilana iṣoogun ti kii ṣe apaniyan, itankale olutirasandi-igbohunsafẹfẹ kekere ni agbegbe tumo ni a ṣe atupale ni itupalẹ ati iṣiro.Ni pato, ni akọkọ apa ti awọn iwadi, a ibùgbé elastodynamic ojutu laaye wa lati iwadi awọn tuka ti ultrasonic igbi ni ri to tumo spheroids ti mọ iwọn ati ki o lile ni ibere lati iwadi awọn igbohunsafẹfẹ ifamọ ti awọn ibi-.Lẹhinna, awọn igbohunsafẹfẹ ti aṣẹ ti awọn ọgọọgọrun kilohertz ni a yan, ati ohun elo agbegbe ti aapọn gbigbọn ni agbegbe tumo nipa lilo awakọ abẹrẹ iṣoogun kan ni a ṣe apẹrẹ ni kikopa nọmba nipasẹ kikọ ẹkọ ipa ti awọn ipilẹ apẹrẹ akọkọ ti o pinnu gbigbe ti akositiki. agbara ohun elo si ayika.Awọn abajade fihan pe awọn abere iṣoogun le ṣee lo ni imunadoko lati ṣe itanna awọn tissu pẹlu olutirasandi, ati kikankikan rẹ ni ibatan pẹkipẹki si paramita jiometirika ti abẹrẹ naa, ti a pe ni iwọn gigun akositiki ṣiṣẹ.Ni otitọ, kikankikan ti itanna nipasẹ awọn àsopọ pọ pẹlu jijẹ iwọn ila opin inu ti abẹrẹ, ti o ga julọ nigbati iwọn ila opin jẹ igba mẹta ni gigun.Gigun abẹrẹ naa tun pese iwọn diẹ ti ominira lati mu ifihan dara si.Abajade ti o kẹhin jẹ eyiti o pọ si nitootọ nigbati ipari abẹrẹ ti ṣeto si ọpọ kan ti iwọn gigun iṣẹ (ni pato 4 ati 6).O yanilenu, fun iwọn igbohunsafẹfẹ ti iwulo, iwọn ila opin iṣapeye ati awọn iye gigun wa nitosi awọn ti a lo nigbagbogbo fun awọn abere iṣowo boṣewa.Igun bevel, eyiti o ṣe ipinnu didasilẹ ti abẹrẹ naa, tun ni ipa lori itujade, ti o ga ni iwọn 50° ati pese iṣẹ ṣiṣe to dara ni iwọn 10°, eyiti a lo nigbagbogbo fun awọn abere iṣowo..Awọn abajade kikopa yoo ṣee lo lati ṣe itọsọna imuse ati iṣapeye ti Syeed iwadii inu intraneedle ti ile-iwosan, iṣakojọpọ iwadii aisan ati olutirasandi itọju pẹlu awọn solusan itọju ẹrọ miiran ati riri awọn ilowosi oogun deede.
Koenig IR, Fuchs O, Hansen G, von Mutius E. ati Kopp MV Kini oogun deede?Eur, ajeji.Iwe akosile 50, 1700391 (2017).
Collins, FS ati Varmus, H. New Atinuda ni konge oogun.N. Eng.J. Oogun.372, 793-795 (2015).
Hsu, W., Markey, MK ati Wang, Dókítà.Informatics Aworan Aworan Biomedical ni Akoko Oogun Itọkasi: Awọn aṣeyọri, Awọn italaya, ati Awọn aye.Jam.òògùn.sọfun.Iranlọwọ professor.20 (6), 1010-1013 (2013).
Garraway, LA, Verweij, J. & Ballman, KV Precision oncology: awotẹlẹ.J. isẹgun.Onkol.Ọdun 31, 1803–1805 (2013).
Wiwatchaitawee, K., Quarterman, J., Geary, S., ati Salem, A. Imudara ninu itọju ailera glioblastoma (GBM) nipa lilo eto ifijiṣẹ orisun nanoparticle.AAPS PharmSciTech 22, 71 (2021).
Aldape K, Zadeh G, Mansouri S, Reifenberger G ati von Daimling A. Glioblastoma: pathology, awọn ilana molikula ati awọn ami ami.Acta Neuropathology.129 (6), 829-848 (2015).
Bush, NAO, Chang, SM ati Berger, MS Lọwọlọwọ ati awọn ilana iwaju fun itọju glioma.neurosurgery.Ed.40, 1–14 (2017).