Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद.तुम्ही मर्यादित CSS समर्थनासह ब्राउझर आवृत्ती वापरत आहात.सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही अद्ययावत ब्राउझर वापरा (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमध्ये सुसंगतता मोड अक्षम करा).याव्यतिरिक्त, सतत समर्थन सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही शैली आणि JavaScript शिवाय साइट दर्शवतो.
प्रति स्लाइड तीन लेख दर्शवणारे स्लाइडर.स्लाइड्समधून जाण्यासाठी मागील आणि पुढील बटणे वापरा किंवा प्रत्येक स्लाइडमधून जाण्यासाठी शेवटी स्लाइड कंट्रोलर बटणे वापरा.
भौतिकशास्त्र आणि जीवन विज्ञानाच्या आंतरशाखीय छेदनबिंदूवर आधारित, अचूक औषधांवर आधारित निदान आणि उपचारात्मक धोरणांनी अलीकडेच औषधाच्या अनेक क्षेत्रांमध्ये, विशेषत: ऑन्कोलॉजीमध्ये नवीन अभियांत्रिकी पद्धतींच्या व्यावहारिकतेमुळे लक्षणीय लक्ष वेधले आहे.या फ्रेमवर्कमध्ये, विविध स्केलवर संभाव्य यांत्रिक नुकसान करण्यासाठी ट्यूमरमधील कर्करोगाच्या पेशींवर हल्ला करण्यासाठी अल्ट्रासाऊंडचा वापर जगभरातील शास्त्रज्ञांचे लक्ष वेधून घेत आहे.इलास्टोडायनामिक टाइमिंग सोल्यूशन्स आणि संख्यात्मक सिम्युलेशनच्या आधारे हे घटक विचारात घेऊन, आम्ही स्थानिक विकिरणाद्वारे योग्य वारंवारता आणि शक्ती निवडण्यासाठी टिश्यूमध्ये अल्ट्रासाऊंड प्रसाराच्या संगणक अनुकरणाचा प्राथमिक अभ्यास सादर करतो.प्रयोगशाळेच्या ऑन-फायबर तंत्रज्ञानासाठी नवीन निदान प्लॅटफॉर्म, ज्याला हॉस्पिटल सुई म्हणतात आणि आधीच पेटंट केलेले आहे.असे मानले जाते की विश्लेषणाचे परिणाम आणि संबंधित बायोफिजिकल अंतर्दृष्टी नवीन एकात्मिक निदान आणि उपचारात्मक दृष्टीकोनांचा मार्ग मोकळा करू शकतात जे भविष्यात अचूक औषधाच्या वापरामध्ये मध्यवर्ती भूमिका बजावू शकतात, भौतिकशास्त्राच्या क्षेत्रांमधून रेखाचित्रे.जीवशास्त्रामधील वाढता समन्वय सुरू होत आहे.
मोठ्या संख्येने क्लिनिकल ऍप्लिकेशन्सच्या ऑप्टिमायझेशनसह, रुग्णांवरील दुष्परिणाम कमी करण्याची गरज हळूहळू उद्भवू लागली.यासाठी, अचूक औषध 1, 2, 3, 4, 5 हे मूलत: दोन मुख्य पध्दतींचा अवलंब करून रुग्णांना दिल्या जाणाऱ्या औषधांचा डोस कमी करण्याचे धोरणात्मक उद्दिष्ट बनले आहे.प्रथम रुग्णाच्या जीनोमिक प्रोफाइलनुसार डिझाइन केलेल्या उपचारांवर आधारित आहे.दुसरे, जे ऑन्कोलॉजीमध्ये सुवर्ण मानक बनत आहे, त्याचे उद्दिष्ट आहे की थोड्या प्रमाणात औषध सोडण्याचा प्रयत्न करून पद्धतशीर औषध वितरण प्रक्रिया टाळणे, त्याच वेळी स्थानिक थेरपीच्या वापराद्वारे अचूकता वाढवणे.केमोथेरपी किंवा रेडिओनुक्लाइड्सचे पद्धतशीर प्रशासन यासारख्या अनेक उपचारात्मक पद्धतींचे नकारात्मक प्रभाव दूर करणे किंवा कमीत कमी कमी करणे हे अंतिम ध्येय आहे.कर्करोगाचा प्रकार, स्थान, रेडिएशन डोस आणि इतर घटकांवर अवलंबून, रेडिएशन थेरपी देखील निरोगी ऊतींना उच्च जन्मजात धोका असू शकते.ग्लिओब्लास्टोमाच्या उपचारात 6,7,8,9 शस्त्रक्रिया यशस्वीरित्या अंतर्निहित कर्करोग काढून टाकते, परंतु मेटास्टेसेस नसतानाही, अनेक लहान कर्करोगाच्या घुसखोरी असू शकतात.जर ते पूर्णपणे काढून टाकले नाही तर, नवीन कर्करोगाचे लोक तुलनेने कमी कालावधीत वाढू शकतात.या संदर्भात, उपरोक्त अचूक औषध धोरणे लागू करणे कठीण आहे कारण हे घुसखोर शोधणे आणि मोठ्या क्षेत्रामध्ये पसरणे कठीण आहे.हे अडथळे अचूक औषधांसह कोणत्याही पुनरावृत्तीस प्रतिबंध करण्यासाठी निश्चित परिणाम टाळतात, म्हणून काही प्रकरणांमध्ये पद्धतशीर वितरण पद्धतींना प्राधान्य दिले जाते, जरी वापरल्या जाणाऱ्या औषधांमध्ये विषारीपणाचे प्रमाण खूप जास्त असू शकते.या समस्येवर मात करण्यासाठी, निरोगी ऊतींना प्रभावित न करता कर्करोगाच्या पेशींवर निवडकपणे हल्ला करू शकणाऱ्या कमीत कमी आक्रमक रणनीती वापरणे हा आदर्श उपचार पद्धती असेल.या युक्तिवादाच्या प्रकाशात, अल्ट्रासोनिक कंपनांचा वापर, जे कर्करोगग्रस्त आणि निरोगी पेशींवर वेगळ्या प्रकारे परिणाम करतात, एककोशिकीय प्रणाली आणि मेसोस्केल विषम क्लस्टरमध्ये, एक संभाव्य उपाय आहे असे दिसते.
यांत्रिक दृष्टीकोनातून, निरोगी आणि कर्करोगाच्या पेशींमध्ये भिन्न नैसर्गिक रेझोनंट फ्रिक्वेन्सी असतात.हा गुणधर्म कर्करोगाच्या पेशींच्या सायटोस्केलेटल संरचनेच्या यांत्रिक गुणधर्मांमधील ऑन्कोजेनिक बदलांशी संबंधित आहे 12,13, तर ट्यूमर पेशी, सरासरी, सामान्य पेशींपेक्षा अधिक विकृत असतात.अशा प्रकारे, उत्तेजित होण्यासाठी अल्ट्रासाऊंड फ्रिक्वेन्सीच्या इष्टतम निवडीसह, निवडलेल्या भागात प्रेरित कंपनांमुळे जिवंत कर्करोगाच्या संरचनेचे नुकसान होऊ शकते, यजमानाच्या निरोगी वातावरणावर होणारा परिणाम कमी होतो.या अद्याप पूर्णपणे न समजलेल्या प्रभावांमध्ये अल्ट्रासाऊंडद्वारे प्रेरित उच्च-फ्रिक्वेंसी कंपनांमुळे काही सेल्युलर संरचनात्मक घटकांचा नाश (तत्त्वतः लिथोट्रिप्सी14 सारखे) आणि यांत्रिक थकवा सारख्या घटनेमुळे सेल्युलर नुकसान समाविष्ट असू शकते, ज्यामुळे सेल्युलर संरचना बदलू शकते. .प्रोग्रामिंग आणि मेकॅनोबायोलॉजी.जरी हे सैद्धांतिक उपाय अतिशय योग्य वाटत असले तरी, दुर्दैवाने ते अशा प्रकरणांमध्ये वापरले जाऊ शकत नाही जेथे ऍनेकोइक जैविक संरचना अल्ट्रासाऊंडच्या थेट वापरास प्रतिबंध करतात, उदाहरणार्थ, हाडांच्या उपस्थितीमुळे इंट्राक्रॅनियल ऍप्लिकेशन्समध्ये, आणि काही स्तन ट्यूमर वस्तुमान ऍडिपोजमध्ये स्थित असतात. मेदयुक्तक्षीणन संभाव्य उपचारात्मक प्रभावाच्या साइटवर मर्यादा घालू शकते.या समस्यांवर मात करण्यासाठी, अल्ट्रासाऊंड विशेषतः डिझाइन केलेल्या ट्रान्सड्यूसरसह स्थानिक पातळीवर लागू केले जाणे आवश्यक आहे जे शक्य तितक्या कमी आक्रमकपणे विकिरणित साइटवर पोहोचू शकतात.हे लक्षात घेऊन, आम्ही "सुई हॉस्पिटल" 15 नावाचे नाविन्यपूर्ण तंत्रज्ञान मंच तयार करण्याच्या शक्यतेशी संबंधित कल्पना वापरण्याच्या शक्यतेचा विचार केला."हॉस्पिटल इन द नीडल" या संकल्पनेमध्ये निदान आणि उपचारात्मक अनुप्रयोगांसाठी किमान आक्रमक वैद्यकीय साधन विकसित करणे समाविष्ट आहे, जे एका वैद्यकीय सुईतील विविध कार्यांच्या संयोजनावर आधारित आहे.हॉस्पिटल नीडल विभागात अधिक तपशीलवार चर्चा केल्याप्रमाणे, हे कॉम्पॅक्ट उपकरण प्रामुख्याने 16, 17, 18, 19, 20, 21 फायबर ऑप्टिक प्रोबच्या फायद्यांवर आधारित आहे, जे त्यांच्या वैशिष्ट्यांमुळे, मानक 20 मध्ये समाविष्ट करण्यासाठी योग्य आहेत. वैद्यकीय सुया, 22 लुमेन.लॅब-ऑन-फायबर (LOF)23 तंत्रज्ञानाद्वारे परवडणाऱ्या लवचिकतेचा फायदा घेत, फायबर हे फ्लुइड बायोप्सी आणि टिश्यू बायोप्सी उपकरणांसह सूक्ष्म आणि वापरण्यास-तयार निदान आणि उपचारात्मक उपकरणांसाठी प्रभावीपणे एक अद्वितीय व्यासपीठ बनत आहे.बायोमोलेक्युलर डिटेक्शन 24,25 मध्ये, प्रकाश-मार्गदर्शित स्थानिक औषध वितरण 26,27, उच्च-परिशुद्धता स्थानिक अल्ट्रासाऊंड इमेजिंग28, थर्मल थेरपी 29,30 आणि स्पेक्ट्रोस्कोपी-आधारित कर्करोग टिश्यू ओळख 31.या संकल्पनेत, "रुग्णालयातील सुई" उपकरणावर आधारित स्थानिकीकरण दृष्टिकोन वापरून, आम्ही स्वारस्याच्या प्रदेशात अल्ट्रासाऊंड लहरींना उत्तेजित करण्यासाठी सुईद्वारे अल्ट्रासाऊंड लहरींच्या प्रसाराचा वापर करून निवासी जैविक संरचनांचे स्थानिक उत्तेजना ऑप्टिमाइझ करण्याच्या शक्यतेचा तपास करतो..अशाप्रकारे, कमी-तीव्रतेचे उपचारात्मक अल्ट्रासाऊंड थेट जोखीम क्षेत्रावर लागू केले जाऊ शकते ज्यामध्ये सॉनिकेटिंग पेशी आणि मऊ उतींमधील लहान घन फॉर्मेशन्ससाठी कमीतकमी आक्रमकता असते, जसे की वर नमूद केलेल्या इंट्राक्रॅनियल शस्त्रक्रियेच्या बाबतीत, कवटीला एक लहान छिद्र घालणे आवश्यक आहे. सुईअल्ट्रासाऊंड विशिष्ट कर्करोगाच्या विकासास थांबवू किंवा विलंब करू शकतो असे सुचविणाऱ्या अलीकडील सैद्धांतिक आणि प्रायोगिक परिणामांद्वारे प्रेरित होऊन, प्रस्तावित दृष्टीकोन कमीतकमी तत्वतः, आक्रमक आणि उपचारात्मक प्रभावांमधील मुख्य ट्रेड-ऑफ संबोधित करण्यात मदत करू शकते.या बाबी लक्षात घेऊन, वर्तमान पत्रात, आम्ही कर्करोगासाठी कमीतकमी आक्रमक अल्ट्रासाऊंड थेरपीसाठी इन-हॉस्पिटल सुई उपकरण वापरण्याच्या शक्यतेची तपासणी करतो.अधिक तंतोतंत, वाढ-अवलंबून अल्ट्रासाऊंड फ्रिक्वेंसी विभागाचा अंदाज घेण्यासाठी गोलाकार ट्यूमर मासच्या विखुरलेल्या विश्लेषणामध्ये, आम्ही लवचिक माध्यमात वाढलेल्या गोलाकार घन ट्यूमरच्या आकाराचा अंदाज लावण्यासाठी सुस्थापित इलास्टोडायनामिक पद्धती आणि ध्वनिक विखुरण्याच्या सिद्धांताचा वापर करतो.सामग्रीच्या वाढ-प्रेरित पुनर्रचनामुळे ट्यूमर आणि यजमान टिश्यू दरम्यान उद्भवणारी कडकपणा.आमच्या प्रणालीचे वर्णन केल्यावर, ज्याला आम्ही "सुईमधील रुग्णालय" विभाग म्हणतो, "हॉस्पिटल इन द नीडल" विभागात, आम्ही अंदाजित फ्रिक्वेन्सीवर वैद्यकीय सुयांच्या माध्यमातून अल्ट्रासोनिक लहरींच्या प्रसाराचे विश्लेषण करतो आणि त्यांचे संख्यात्मक मॉडेल अभ्यासासाठी पर्यावरणास विकिरणित करते. मुख्य भौमितिक मापदंड (वास्तविक आतील व्यास , लांबी आणि सुईची तीक्ष्णता), यंत्राच्या ध्वनिक शक्तीच्या प्रसारणावर परिणाम करतात.अचूक औषधासाठी नवीन अभियांत्रिकी धोरणे विकसित करण्याची गरज लक्षात घेता, असे मानले जाते की प्रस्तावित अभ्यासामुळे अल्ट्रासाऊंडला इतर उपायांसह एकत्रित करणाऱ्या एकात्मिक थेरॅग्नोस्टिक प्लॅटफॉर्मद्वारे वितरित केलेल्या अल्ट्रासाऊंडच्या वापरावर आधारित कर्करोग उपचारांसाठी नवीन साधन विकसित करण्यात मदत होईल.एकत्रित, जसे की लक्ष्यित औषध वितरण आणि एकाच सुईमध्ये रिअल-टाइम निदान.
प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (अल्ट्रासाऊंड) उत्तेजनाचा वापर करून स्थानिक घन ट्यूमरच्या उपचारासाठी यांत्रिक धोरणे प्रदान करण्याची प्रभावीता हे एकल-सेल प्रणाली 10, 11, 12 वर कमी-तीव्रतेच्या अल्ट्रासोनिक कंपनांच्या प्रभावासह सैद्धांतिक आणि प्रायोगिक अशा दोन्ही पेपर्सचे लक्ष्य आहे. , 32, 33, 34, 35, 36 व्हिस्कोइलास्टिक मॉडेल्सचा वापर करून, अनेक अन्वेषकांनी विश्लेषणात्मकपणे दाखवून दिले आहे की ट्यूमर आणि निरोगी पेशी यूएस 10,11,12 श्रेणीतील वेगळ्या रेझोनंट शिखरांद्वारे वैशिष्ट्यीकृत भिन्न वारंवारता प्रतिसाद दर्शवतात.हा परिणाम सूचित करतो की, तत्त्वतः, ट्यूमर पेशींवर यजमान वातावरणाचे रक्षण करणाऱ्या यांत्रिक उत्तेजनांद्वारे निवडकपणे हल्ला केला जाऊ शकतो.हे वर्तन मुख्य पुराव्याचा थेट परिणाम आहे की, बहुतेक प्रकरणांमध्ये, ट्यूमर पेशी निरोगी पेशींपेक्षा अधिक निंदनीय असतात, शक्यतो त्यांची वाढ आणि स्थलांतर करण्याची क्षमता वाढवण्यासाठी 37,38,39,40.सिंगल सेल मॉडेल्ससह मिळालेल्या परिणामांवर आधारित, उदा. मायक्रोस्केलवर, कर्करोगाच्या पेशींची निवडकता मेसोस्केलवर विषम पेशींच्या समुच्चयांच्या हार्मोनिक प्रतिसादांच्या संख्यात्मक अभ्यासाद्वारे देखील प्रदर्शित केली गेली आहे.कर्करोगाच्या पेशी आणि निरोगी पेशींची भिन्न टक्केवारी प्रदान करून, शेकडो मायक्रोमीटर आकाराचे मल्टीसेल्युलर समुच्चय श्रेणीबद्धपणे तयार केले गेले.या समुच्चयांच्या मेसोलेव्हलवर, एकल पेशींच्या यांत्रिक वर्तनाचे वैशिष्ट्य असलेल्या मुख्य संरचनात्मक घटकांच्या थेट अंमलबजावणीमुळे स्वारस्याची काही सूक्ष्म वैशिष्ट्ये जतन केली जातात.विशेषतः, प्रत्येक पेशी विविध प्रीस्ट्रेस्ड सायटोस्केलेटल स्ट्रक्चर्सच्या प्रतिसादाची नक्कल करण्यासाठी ताण-आधारित आर्किटेक्चर वापरते, ज्यामुळे त्यांच्या एकूण कडकपणावर परिणाम होतो 12,13.वरील साहित्याच्या सैद्धांतिक अंदाज आणि इन विट्रो प्रयोगांनी उत्साहवर्धक परिणाम दिले आहेत, जे कमी-तीव्रतेच्या उपचारात्मक अल्ट्रासाऊंड (लिटस) कडे ट्यूमरच्या वस्तुमानाच्या संवेदनशीलतेचा अभ्यास करण्याची आवश्यकता दर्शविते आणि ट्यूमर जनतेच्या विकिरणांच्या वारंवारतेचे मूल्यांकन महत्त्वपूर्ण आहे.ऑन-साइट अर्जासाठी LITUS स्थिती.
तथापि, ऊतींच्या पातळीवर, वैयक्तिक घटकाचे सबमॅक्रोस्कोपिक वर्णन अपरिहार्यपणे गमावले जाते आणि ट्यूमरच्या ऊतींचे गुणधर्म अनुक्रमिक पद्धतींचा वापर करून वस्तुमान वाढ आणि तणाव-प्रेरित पुनर्निर्मिती प्रक्रियेचा मागोवा घेण्यासाठी शोधले जाऊ शकतात, ज्याचे मॅक्रोस्कोपिक प्रभाव विचारात घेतले जातात. वाढ-41.42 च्या स्केलवर ऊतींच्या लवचिकतेमध्ये बदल.खरंच, युनिसेल्युलर आणि एकत्रित प्रणालींच्या विपरीत, मऊ उतींमध्ये घनदाट ट्यूमरचे प्रमाण हळूहळू वाढतात, ज्यामुळे अवशिष्ट ताण हळूहळू जमा होतात, जे संपूर्ण इंट्राट्यूमरल कडकपणा वाढल्यामुळे नैसर्गिक यांत्रिक गुणधर्म बदलतात आणि ट्यूमर स्क्लेरोसिस बहुतेकदा एक निर्णायक घटक बनतात. ट्यूमर शोधणे.
या बाबी लक्षात घेऊन, येथे आम्ही सामान्य ऊतक वातावरणात वाढणाऱ्या लवचिक गोलाकार समावेशाप्रमाणे मॉडेल केलेल्या ट्यूमर स्फेरॉइड्सच्या सोनोडायनामिक प्रतिसादाचे विश्लेषण करतो.अधिक तंतोतंत, ट्यूमरच्या टप्प्याशी संबंधित लवचिक गुणधर्म मागील कामात काही लेखकांनी प्राप्त केलेल्या सैद्धांतिक आणि प्रायोगिक परिणामांवर आधारित निर्धारित केले गेले.त्यापैकी, विषम माध्यमांमध्ये विवोमध्ये उगवलेल्या घन ट्यूमर स्फेरॉइडच्या उत्क्रांतीचा अभ्यास ट्यूमर जनसमुदाय आणि संबंधित इंट्राट्यूमरल तणावाच्या विकासाचा अंदाज लावण्यासाठी इंटरस्पीसीज डायनॅमिक्ससह 41,43,44 नॉन-लाइनर मेकॅनिकल मॉडेल्स लागू करून केला गेला आहे.वर नमूद केल्याप्रमाणे, वाढ (उदा., लवचिक प्रीस्ट्रेचिंग) आणि अवशिष्ट तणावामुळे ट्यूमर सामग्रीच्या गुणधर्मांची प्रगतीशील पुनर्रचना होते, ज्यामुळे त्याचा ध्वनिक प्रतिसाद देखील बदलतो.संदर्भामध्ये हे लक्षात घेणे महत्वाचे आहे.41 प्राण्यांच्या मॉडेल्समधील प्रायोगिक मोहिमांमध्ये ट्यूमरमधील वाढ आणि घन तणावाची सह-उत्क्रांती दर्शविली गेली आहे.विशेषतः, वेगवेगळ्या टप्प्यांवर काढलेल्या स्तनाच्या ट्यूमरच्या ताठरतेची तुलना सिलिकोमध्ये समान परिमाणांसह गोलाकार मर्यादित घटक मॉडेलवर पुनरुत्पादन करून आणि अंदाजित अवशिष्ट तणाव क्षेत्र लक्षात घेऊन प्राप्त झालेल्या कडकपणाशी प्रस्तावित पद्धतीची पुष्टी करते. मॉडेल वैधता..या कार्यामध्ये, पूर्वी प्राप्त केलेले सैद्धांतिक आणि प्रायोगिक परिणाम नवीन विकसित उपचारात्मक धोरण विकसित करण्यासाठी वापरले जातात.विशेषतः, संबंधित उत्क्रांती प्रतिरोधक गुणधर्मांसह अंदाजित आकारांची गणना येथे केली गेली, ज्याचा उपयोग यजमान वातावरणात एम्बेड केलेले ट्यूमर जनसमूह अधिक संवेदनशील असलेल्या वारंवारता श्रेणींचा अंदाज लावण्यासाठी केला गेला.यासाठी, आम्ही अशा प्रकारे अल्ट्रासोनिक उत्तेजनांना प्रतिसाद म्हणून विखुरण्याच्या सामान्यतः स्वीकारल्या गेलेल्या तत्त्वानुसार ध्वनी निर्देशक विचारात घेऊन, वेगवेगळ्या टप्प्यांवर घेतलेल्या ट्यूमरच्या वस्तुमानाच्या गतिशील वर्तनाचा तपास केला आणि स्फेरॉइडच्या संभाव्य अनुनाद घटनांवर प्रकाश टाकला. .ट्यूमर आणि यजमान यांच्यावर अवलंबून, ऊतींमधील कडकपणामध्ये वाढ-आधारित फरक.
अशा प्रकारे, यजमानाच्या सभोवतालच्या लवचिक वातावरणात त्रिज्या \(a\) च्या लवचिक गोलाकारांच्या रूपात ट्यूमरचे आकारमान तयार केले गेले होते जे गोलाकार आकारात स्थितीत मोठ्या घातक संरचना कशा वाढतात हे दर्शविणाऱ्या प्रायोगिक डेटावर आधारित होते.आकृती 1 चा संदर्भ देताना, गोलाकार निर्देशांक वापरून \(\{ r,\theta,\varphi \}\) (जेथे \(\theta\) आणि \(\varphi\) अनुक्रमे विसंगती कोन आणि अझिमथ कोन दर्शवतात), ट्यूमर डोमेन निरोगी जागेत एम्बेड केलेला प्रदेश व्यापतो \({\mathcal {V}}_{T}=\{ (r,\theta ,\varphi):r\le a\}\) अमर्यादित प्रदेश \({\mathcal { V} }_{H} = \{ (r,\theta,\varphi):r > a\}\).अनेक साहित्य45,46,47,48 मध्ये नोंदवलेल्या सुस्थापित इलास्टोडायनामिक आधारावर आधारित गणितीय मॉडेलच्या संपूर्ण वर्णनासाठी पूरक माहिती (SI) चा संदर्भ देत, आम्ही येथे एका अक्षीय सममितीय दोलन मोडद्वारे वैशिष्ट्यीकृत समस्येचा विचार करतो.हे गृहितक सूचित करते की ट्यूमर आणि निरोगी क्षेत्रांमधील सर्व व्हेरिएबल्स अझिमुथल कोऑर्डिनेट \(\varphi\) पासून स्वतंत्र आहेत आणि या दिशेने कोणतीही विकृती होत नाही.परिणामी, विस्थापन आणि ताण फील्ड दोन स्केलर पोटेंशिअल्समधून मिळू शकतात \(\phi = \hat{\phi}\left( {r,\theta} \right)e^{{ – i \omega {\kern 1pt } t }}\) आणि \(\chi = \hat{\chi }\left( {r,\theta } \right)e^{{ – i\omega {\kern 1pt} t }}\), ते आहेत अनुक्रमे अनुदैर्ध्य लाट आणि कातरणे वेव्हशी संबंधित, लाट \(\theta \) आणि घटना वेव्हची दिशा आणि स्थिती सदिश यांच्यामधील कोन यांच्यातील योगायोग वेळ \({\mathbf {x))\) ( आकृती 1 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे) आणि \(\omega = 2\pi f\) कोनीय वारंवारता दर्शवते.विशेषतः, घटना क्षेत्र हे विमान लहरी \(\phi_{H}^{(in)}\) (SI प्रणालीमध्ये देखील सादर केले जाते, समीकरणात (A.9)) शरीराच्या व्हॉल्यूममध्ये प्रसारित केले जाते. कायद्याच्या अभिव्यक्तीनुसार
जेथे \(\phi_{0}\) हे ॲम्प्लिट्यूड पॅरामीटर आहे.गोलाकार वेव्ह फंक्शन वापरून घटना समतल तरंगाचा गोलाकार विस्तार (१) हा मानक युक्तिवाद आहे:
जेथे \(j_{n}\) हे पहिल्या प्रकारच्या ऑर्डरचे गोलाकार बेसल फंक्शन आहे \(n\), आणि \(P_{n}\) हे Legendre बहुपदी आहे.गुंतवणुकीच्या क्षेत्राच्या घटना लहरीचा काही भाग आसपासच्या माध्यमात विखुरलेला असतो आणि घटना क्षेत्राला ओव्हरलॅप करतो, तर दुसरा भाग गोलाच्या आत विखुरलेला असतो, त्याच्या कंपनास हातभार लावतो.हे करण्यासाठी, तरंग समीकरणाचे हार्मोनिक समाधान \(\nabla^{2} \hat{\phi } + k_{1}^{2} {\mkern 1mu} \hat{\phi } = 0\,\ ) आणि \ (\ nabla^{2} {\mkern 1mu} \hat{\chi } + k_{2}^{2} \hat{\chi } = 0\), उदाहरणार्थ Eringen45 द्वारे प्रदान केलेले (SI देखील पहा ) ट्यूमर आणि निरोगी क्षेत्र दर्शवू शकतात.विशेषतः, विखुरलेल्या विस्तार लहरी आणि यजमान माध्यम \(H\) मध्ये निर्माण झालेल्या आयसोव्होल्युमिक लहरी त्यांच्या संबंधित संभाव्य ऊर्जा मान्य करतात:
त्यापैकी, पहिल्या प्रकारचे \(h_{n}^{(1)}\) चे गोलाकार हँकेल फंक्शन आउटगोइंग स्कॅटर्ड वेव्ह, आणि \(\alpha_{n}\) आणि \(\beta_{) विचारात घेण्यासाठी वापरले जाते. n}\ ) हे अज्ञात गुणांक आहेत.समीकरणातसमीकरण (2)–(4) मध्ये, \(k_{H1}\) आणि \(k_{H2}\) या संज्ञा अनुक्रमे शरीराच्या मुख्य क्षेत्रामध्ये दुर्मिळता आणि अनुप्रस्थ लहरींच्या लहरी संख्या दर्शवतात ( पहा SI).ट्यूमर आणि शिफ्ट्सच्या आत कॉम्प्रेशन फील्डचे स्वरूप असते
जेथे \(k_{T1}\) आणि \(k_{T2}\) ट्यूमर प्रदेशातील अनुदैर्ध्य आणि आडवा तरंग संख्या दर्शवतात आणि अज्ञात गुणांक \(\gamma_{n} {\mkern 1mu}\) आहेत , \(\ eta_{n} {\mkern 1mu}\).या परिणामांवर आधारित, गैर-शून्य रेडियल आणि परिघीय विस्थापन घटक विचाराधीन समस्येतील निरोगी प्रदेशांचे वैशिष्ट्य आहेत, जसे की \(u_{Hr}\) आणि \(u_{H\theta}\) (\(u_{ H\ varphi }\ ) सममिती गृहीतक यापुढे आवश्यक नाही) — संबंध \(u_{Hr} = \partial_{r} \left( {\phi + \partial_{r} (r\chi ) पासून मिळवता येते. } \right) + k_}^{2 } {\mkern 1mu} r\chi\) आणि \(u_{H\theta} = r^{- 1} \partial_{\theta} \left({\phi + \partial_{r } ( r\chi ) } \right)\) \(\phi = \phi_{H}^{(in)} + \phi_{H}^{(s)}\) आणि \ (\chi = \chi_ {H}^ {(s)}\) (तपशीलवार गणितीय व्युत्पत्तीसाठी SI पहा).त्याचप्रमाणे, \(\phi = \phi_{T}^{(s)}\) आणि \(\chi = \chi_{T}^{(s)}\) बदलल्यास {Tr} = \partial_{r} मिळते. \left( {\phi + \partial_{r} (r\chi)} \right) + k_{T2}^{2} {\mkern 1mu} r\chi\) आणि \(u_{T\theta} = r^{-1}\partial _{\theta }\left({\phi +\partial_{r}(r\chi )}\right)\).
(डावीकडे) निरोगी वातावरणात वाढलेल्या गोलाकार ट्यूमरची भूमिती ज्याद्वारे घटना क्षेत्राचा प्रसार होतो, (उजवीकडे) ट्यूमर त्रिज्याचे कार्य म्हणून ट्यूमर-होस्ट कडकपणा गुणोत्तराची संबंधित उत्क्रांती, अहवाल डेटा (कॅरोटेन्यूटो एट अल. 41 वरून रुपांतरित) एमडीए-एमबी-२३१ पेशींद्वारे लसीकरण केलेल्या घन स्तनाच्या ट्यूमरमधून कॉम्प्रेशन चाचण्यांमध्ये विट्रो प्राप्त केले गेले.
रेखीय लवचिक आणि समस्थानिक सामग्री गृहीत धरून, निरोगी आणि ट्यूमर प्रदेशातील शून्य ताण नसलेले घटक, म्हणजे \(\sigma_{Hpq}\) आणि \(\sigma_{Tpq}\) - सामान्यीकृत हूकच्या नियमाचे पालन करा, कारण तेथे भिन्न लॅमे मोड्युली आहेत, जे यजमान आणि ट्यूमर लवचिकता दर्शवतात, \(\{ \mu_{H},\,\lambda_{H} \}\) आणि \(\{ \mu_{T},\, \lambda_ {T} \ }\) (SI मध्ये दर्शविलेल्या ताण घटकांच्या संपूर्ण अभिव्यक्तीसाठी समीकरण (A.11) पहा).विशेषतः, संदर्भ 41 मधील आणि आकृती 1 मध्ये सादर केलेल्या डेटानुसार, वाढत्या ट्यूमरने ऊतक लवचिकता स्थिरांकांमध्ये बदल दर्शविला.अशाप्रकारे, यजमान आणि ट्यूमर क्षेत्रांमधील विस्थापन आणि तणाव पूर्णपणे अज्ञात स्थिरांकांच्या संचापर्यंत निर्धारित केले जातात \({{ \varvec{\upxi}}} }_{n} = \{ \alpha_{n} ,{\mkern 1mu } \ beta_{ n} {\mkern 1mu} \gamma_{n} ,\eta_{n} \}\ ) चे सैद्धांतिकदृष्ट्या अनंत परिमाण आहेत.हे गुणांक वेक्टर शोधण्यासाठी, ट्यूमर आणि निरोगी क्षेत्रांमधील योग्य इंटरफेस आणि सीमा परिस्थिती सादर केली जाते.ट्यूमर-होस्ट इंटरफेस \(r = a\) वर परिपूर्ण बंधन गृहीत धरून, विस्थापन आणि ताणतणावांच्या निरंतरतेसाठी खालील अटी आवश्यक आहेत:
प्रणाली (7) अनंत समाधानांसह समीकरणांची प्रणाली बनवते.याव्यतिरिक्त, प्रत्येक सीमा स्थिती विसंगती \(\theta\) वर अवलंबून असेल.सीमा मूल्याच्या समस्येला \(N\) बंद प्रणालींच्या संचासह पूर्ण बीजगणितीय समस्येपर्यंत कमी करण्यासाठी, त्यातील प्रत्येक अज्ञात \({{\varvec{\upxi}}} }_{n} = \{ \alpha_ {n}, { \mkern 1mu} \beta_{n} {\mkern 1mu} \gamma_{n}, \eta_{n} \}_{n = 0,…,N}\) (\ ( N \ सह to \infty \), सैद्धांतिकदृष्ट्या), आणि त्रिकोणमितीय अटींवरील समीकरणांचे अवलंबित्व दूर करण्यासाठी, इंटरफेस परिस्थिती लीजेंडर बहुपदांच्या ऑर्थोगोनॅलिटीचा वापर करून कमकुवत स्वरूपात लिहिली जाते.विशेषतः, समीकरण (7)1,2 आणि (7)3,4 ला \(P_{n} \left( {\cos \theta} \right)\) आणि \(P_{n}^{ ने गुणाकार केला जातो. 1} \left( { \cos\theta}\right)\) आणि नंतर गणितीय ओळख वापरून \(0\) आणि \(\pi\) मध्ये एकत्र करा:
अशा प्रकारे, इंटरफेस स्थिती (७) एक द्विघात बीजगणितीय समीकरण प्रणाली देते, जी मॅट्रिक्स स्वरूपात \({\mathbb{D}}_{n} (a) \cdot {{\varvec{\upxi }} म्हणून व्यक्त केली जाऊ शकते. } _{ n} = {\mathbf{q}}_{n} (a)\) आणि क्रेमरच्या नियमाचे निराकरण करून अज्ञात \({{\varvec{\upxi}}}_{n}\ ) मिळवा.
गोलामध्ये विखुरलेल्या ऊर्जा प्रवाहाचा अंदाज घेण्यासाठी आणि यजमान माध्यमात पसरलेल्या विखुरलेल्या फील्डवरील डेटाच्या आधारे त्याच्या ध्वनिक प्रतिसादाबद्दल माहिती मिळवण्यासाठी, एक ध्वनिक प्रमाण स्वारस्यपूर्ण आहे, जो सामान्यीकृत बिस्टॅटिक स्कॅटरिंग क्रॉस सेक्शन आहे.विशेषतः, विखुरलेला क्रॉस सेक्शन, \(s), विखुरलेल्या सिग्नलद्वारे प्रसारित होणारी ध्वनिक शक्ती आणि घटना लहरीद्वारे वाहून नेलेल्या ऊर्जेचे विभाजन यांच्यातील गुणोत्तर व्यक्त करतो.या संदर्भात, आकार फंक्शनचे परिमाण \(\left| {F_{\infty} \left(\theta \right)} \right|^{2}\) हे ध्वनिक यंत्रांच्या अभ्यासात वारंवार वापरले जाणारे प्रमाण आहे. गाळातील वस्तूंचे द्रव किंवा घन विखुरणे मध्ये एम्बेड केलेले.अधिक तंतोतंत, आकार कार्याचे मोठेपणा विभेदक स्कॅटरिंग क्रॉस सेक्शन \(ds\) प्रति युनिट क्षेत्र म्हणून परिभाषित केले आहे, जे घटना लहरींच्या प्रसाराच्या दिशेने सामान्यपेक्षा भिन्न आहे:
जेथे \(f_{n}^{pp}\) आणि \(f_{n}^{ps}\) मोडल फंक्शन दर्शवतात, जे रेखांशाच्या लहरींच्या शक्ती आणि विखुरलेल्या लहरींच्या सापेक्ष गुणोत्तराचा संदर्भ देतात प्राप्त माध्यमातील घटना पी-वेव्ह, अनुक्रमे, खालील अभिव्यक्तीसह दिली आहेत:
रेझोनंट स्कॅटरिंग थिअरी (RST) 49,50,51,52 नुसार आंशिक वेव्ह फंक्शन्स (10) चा स्वतंत्रपणे अभ्यास केला जाऊ शकतो, ज्यामुळे विविध मोड्सचा अभ्यास करताना लक्ष्य लवचिकता एकूण स्ट्रे फील्डपासून वेगळे करणे शक्य होते.या पद्धतीनुसार, मोडल फॉर्म फंक्शन दोन समान भागांच्या बेरीजमध्ये विघटित केले जाऊ शकते, म्हणजे \(f_{n} = f_{n}^{(res)} + f_{n}^{(b)}\ ) अनुक्रमे रेझोनंट आणि नॉनरेझोनंट बॅकग्राउंड ॲम्प्लिट्यूडशी संबंधित आहेत.रेझोनंट मोडचे आकार कार्य लक्ष्याच्या प्रतिसादाशी संबंधित असते, तर पार्श्वभूमी सामान्यतः स्कॅटररच्या आकाराशी संबंधित असते.प्रत्येक मोडसाठी लक्ष्याचा पहिला फॉर्मंट शोधण्यासाठी, मोडल रेझोनान्स शेप फंक्शनचे मोठेपणा \(\left| {f_{n}^{(res)} \left( \theta \right)} \right|\ ) कठोर पार्श्वभूमी गृहीत धरून गणना केली जाते, ज्यामध्ये लवचिक होस्ट सामग्रीमध्ये अभेद्य गोल असतात.हे गृहितक या वस्तुस्थितीमुळे प्रेरित आहे की, सर्वसाधारणपणे, अवशिष्ट संकुचित ताणामुळे ट्यूमरच्या वाढीसह कडकपणा आणि घनता दोन्ही वाढते.अशा प्रकारे, वाढीच्या तीव्र पातळीवर, प्रतिबाधा गुणोत्तर \(\rho_{T} c_{1T} /\rho_{H} c_{1H}\) मऊ मध्ये विकसित होणाऱ्या बहुतेक मॅक्रोस्कोपिक घन ट्यूमरसाठी 1 पेक्षा जास्त असणे अपेक्षित आहे. ऊतीउदाहरणार्थ, Krouskop et al.53 ने प्रोस्टेट टिश्यूसाठी कॅन्सर आणि सामान्य मॉड्यूलसचे प्रमाण सुमारे 4 नोंदवले, तर स्तनाच्या ऊतींच्या नमुन्यांसाठी हे मूल्य 20 पर्यंत वाढले.हे संबंध अपरिहार्यपणे ऊतींचे ध्वनिक प्रतिबाधा बदलतात, जसे की इलॅस्टोग्राफी विश्लेषण ५४,५५,५६ द्वारे देखील दिसून येते आणि ट्यूमर हायपरप्रोलिफेरेशनमुळे स्थानिकीकृत ऊती घट्ट होण्याशी संबंधित असू शकते.हा फरक प्रायोगिकरित्या वेगवेगळ्या टप्प्यांवर वाढलेल्या स्तनाच्या गाठींच्या ब्लॉक्स्च्या साध्या कॉम्प्रेशन चाचण्यांद्वारे देखील आढळून आला आहे32, आणि सामग्रीचे रीमॉडेलिंग 43,44 नॉन-लाइनरीली वाढणाऱ्या ट्यूमरच्या भविष्यसूचक क्रॉस-प्रजाती मॉडेल्ससह चांगले अनुसरण केले जाऊ शकते.प्राप्त केलेला कडकपणा डेटा थेट यंग्स मोड्यूलस ऑफ सॉलिड ट्यूमरच्या उत्क्रांतीशी संबंधित आहे \(E_{T} = S\left( {1 – \nu ^{2} } \right)/a\sqrt \ varepsilon\ )( त्रिज्या \(a\), कडकपणा \(S\) आणि पॉसन्सचे गुणोत्तर \(\nu\) दोन कठोर प्लेट्स 57 मध्ये, आकृती 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे).अशा प्रकारे, वेगवेगळ्या वाढीच्या स्तरांवर ट्यूमर आणि यजमानाचे ध्वनिक प्रतिबाधा मोजणे शक्य आहे.विशेषतः, अंजीर 1 मधील 2 kPa च्या बरोबरीच्या सामान्य ऊतींचे मॉड्यूलसच्या तुलनेत, सुमारे 500 ते 1250 mm3 च्या व्हॉल्यूम श्रेणीतील स्तनाच्या ट्यूमरचे लवचिक मॉड्यूलस 10 kPa वरून 16 kPa पर्यंत वाढले, जे आहे. नोंदवलेल्या डेटाशी सुसंगत.संदर्भ 58, 59 मध्ये असे आढळून आले की स्तनाच्या ऊतींच्या नमुन्यांमधील दाब 0.25-4 kPa आहे ज्यात प्री-कंप्रेशन अदृश्य होते.हे देखील गृहीत धरा की जवळजवळ असंकुचित नसलेल्या ऊतींचे पॉसॉनचे गुणोत्तर 41.60 आहे, याचा अर्थ असा की ऊतींचे घनता वाढल्याने लक्षणीय बदल होत नाही.विशेषतः, लोकसंख्येची सरासरी घनता \(\rho = 945\,{\text{kg}}\,{\text{m}}^{ – 3}\)61 वापरली जाते.या विचारांसह, कठोरता खालील अभिव्यक्ती वापरून पार्श्वभूमी मोडवर येऊ शकते:
जेथे अज्ञात स्थिरांक \(\widehat{{{\varvec{\upxi))))_{n} = \{\delta_{n} ,\upsilon_{n} \}\) सातत्य लक्षात घेऊन मोजले जाऊ शकते bias ( 7 )2,4, म्हणजे बीजगणितीय प्रणाली सोडवून \(\widehat{{\mathbb{D}}}_{n} (a) \cdot \widehat{({\varvec{\upxi}} } } _{n } = \widehat{{\mathbf{q}}}_{n} (a)\) अल्पवयीन मुलांचा समावेश आहे\(\widehat{{\mathbb{D}}}} {n} (a) = \ { { \ mathbb{D}}_{n} (a)\}_{{\{ (1,3),(1,3)\} }}\) आणि संबंधित सरलीकृत स्तंभ वेक्टर\(\widehat { {\mathbf {q}}}} {n} (а)\). \left( {res} \right)\,pp}} \left( \theta \right)} \right| = \left|{f_{n}^{pp} \left( \theta \right) – f_{ n}^{pp(b)} \left( \theta \right)} \right|\) आणि \( \left|{f_{n}^{{\left( {res} \right)\,ps} } \left( \theta \right)} \right|= \left|{f_{n}^{ps} \left( \theta \right) – f_{n}^{ps(b)} \left( \ theta \right)} \right|\) अनुक्रमे पी-वेव्ह उत्तेजना आणि पी- आणि एस-वेव्ह परावर्तनाचा संदर्भ देते.पुढे, पहिल्या विपुलतेचा अंदाज \(\theta = \pi\), आणि दुसरा मोठेपणा \(\theta = \pi/4\) असा अंदाज लावला गेला.विविध रचना गुणधर्म लोड करून.आकृती 2 दर्शविते की सुमारे 15 मिमी व्यासापर्यंतच्या ट्यूमर स्फेरॉइड्सची रेझोनंट वैशिष्ट्ये प्रामुख्याने 50-400 kHz च्या वारंवारता बँडमध्ये केंद्रित आहेत, जी रेझोनंट ट्यूमर उत्तेजित करण्यासाठी कमी-फ्रिक्वेंसी अल्ट्रासाऊंड वापरण्याची शक्यता दर्शवते.पेशीभरपूर.या फ्रिक्वेन्सी बँडमध्ये, आरएसटी विश्लेषणाने आकृती 3 मध्ये ठळक केलेल्या मोड 1 ते 6 साठी सिंगल-मोड फॉर्मंट्स उघड केले आहेत. येथे, दोन्ही pp- आणि ps-विखुरलेल्या लहरी पहिल्या प्रकारचे स्वरूप दर्शवितात, खूप कमी फ्रिक्वेन्सीवर उद्भवतात, ज्यापासून वाढतात. मोड 1 साठी सुमारे 20 kHz ते n = 6 साठी सुमारे 60 kHz, गोल त्रिज्यामध्ये कोणताही महत्त्वपूर्ण फरक दर्शवत नाही.रेझोनंट फंक्शन ps नंतर क्षीण होते, तर मोठ्या ॲम्प्लिट्यूड pp फॉर्मंटचे संयोजन सुमारे 60 kHz ची नियतकालिकता प्रदान करते, वाढत्या मोड क्रमांकासह उच्च वारंवारता शिफ्ट दर्शवते.सर्व विश्लेषणे Mathematica®62 संगणकीय सॉफ्टवेअर वापरून केली गेली.
वेगवेगळ्या आकाराच्या ब्रेस्ट ट्यूमरच्या मॉड्यूलमधून मिळवलेली बॅकस्कॅटर फॉर्म फंक्शन्स आकृती 1 मध्ये दर्शविली आहेत, जिथे खाते मोड सुपरपोझिशन लक्षात घेऊन सर्वात जास्त स्कॅटरिंग बँड हायलाइट केले आहेत.
\(n = 1\) पासून \(n = 6\) पर्यंत निवडलेल्या मोड्सचे अनुनाद, वेगवेगळ्या ट्यूमर आकारांवर P-वेव्हचे उत्तेजित होणे आणि परावर्तन यावर गणना केली जाते (\(\left | {f_{ n} ^ पासून काळे वक्र) {{\ left( {res} \right)\,pp}} \left( \pi \right)} \right| = \left| {f_{n}^{pp} \left ( \pi \ right) – f_{n }^{pp(b)} \left( \pi \right)} \right|\)) आणि P-वेव्ह उत्तेजित होणे आणि S-वेव्ह परावर्तन (मोडल शेप फंक्शनद्वारे दिलेले राखाडी वक्र \( \left | { f_{n }^{{\left( {res} \right)\,ps}} \left( {\pi /4} \right)} \right| = \left| {f_{n} ^{ ps} \left( {\pi /4} \right) – f_{n}^{ps(b)} \left( {\pi /4} \right)} \right |\)).
दूर-क्षेत्रातील प्रसार परिस्थिती वापरून या प्राथमिक विश्लेषणाचे परिणाम वस्तुमानावरील सूक्ष्म कंपन तणावाच्या परिणामाचा अभ्यास करण्यासाठी खालील संख्यात्मक अनुकरणांमध्ये ड्राइव्ह-विशिष्ट ड्राइव्ह फ्रिक्वेन्सीच्या निवडीचे मार्गदर्शन करू शकतात.परिणाम दर्शवितात की ट्यूमरच्या वाढीदरम्यान इष्टतम फ्रिक्वेन्सीचे कॅलिब्रेशन स्टेज-विशिष्ट असू शकते आणि टिश्यू रीमॉडेलिंगचा अचूक अंदाज लावण्यासाठी रोग थेरपीमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या बायोमेकॅनिकल धोरणे स्थापित करण्यासाठी वाढ मॉडेलच्या परिणामांचा वापर करून निर्धारित केले जाऊ शकते.
नॅनोटेक्नॉलॉजीमधील महत्त्वपूर्ण प्रगती वैज्ञानिक समुदायाला नवीन उपाय आणि विवो ऍप्लिकेशन्ससाठी सूक्ष्म आणि कमीतकमी आक्रमक वैद्यकीय उपकरणे विकसित करण्यासाठी पद्धती शोधण्यासाठी प्रेरित करत आहेत.या संदर्भात, LOF तंत्रज्ञानाने ऑप्टिकल फायबरच्या क्षमतांचा विस्तार करण्याची उल्लेखनीय क्षमता दर्शविली आहे, ज्यामुळे जीवन विज्ञान ऍप्लिकेशन्स 21, 63, 64, 65 साठी नवीन किमान आक्रमक फायबर ऑप्टिक उपकरणे विकसित करणे शक्य झाले आहे. 2D आणि 3D सामग्री एकत्रित करण्याची कल्पना नॅनोस्केलवर पूर्ण अवकाशीय नियंत्रणासह ऑप्टिकल फायबरच्या 25 आणि/किंवा शेवटच्या 64 बाजूंना इच्छित रासायनिक, जैविक आणि ऑप्टिकल गुणधर्मांसह फायबर ऑप्टिक नॅनूओप्टोड्सच्या नवीन वर्गाचा उदय होतो.रोगनिदानविषयक आणि उपचारात्मक कार्यांची विस्तृत श्रेणी आहे.विशेष म्हणजे, त्यांच्या भौमितिक आणि यांत्रिक गुणधर्मांमुळे (लहान क्रॉस सेक्शन, मोठे गुणोत्तर, लवचिकता, कमी वजन) आणि सामग्रीची बायोकॉम्पॅटिबिलिटी (सामान्यतः काच किंवा पॉलिमर), ऑप्टिकल फायबर सुया आणि कॅथेटरमध्ये घालण्यासाठी योग्य आहेत.वैद्यकीय अनुप्रयोग20, "सुई रुग्णालय" च्या नवीन दृष्टीसाठी मार्ग मोकळा (आकृती 4 पहा).
किंबहुना, LOF तंत्रज्ञानाद्वारे परवडलेल्या स्वातंत्र्याच्या अंशांमुळे, विविध धातू आणि/किंवा डायलेक्ट्रिक सामग्रीपासून बनवलेल्या सूक्ष्म- आणि नॅनोस्ट्रक्चर्सच्या एकत्रीकरणाचा वापर करून, ऑप्टिकल फायबर विशिष्ट अनुप्रयोगांसाठी योग्यरित्या कार्यान्वित केले जाऊ शकतात जे सहसा रेझोनंट मोड उत्तेजनास समर्थन देतात., प्रकाश क्षेत्र 21 जोरदारपणे स्थित आहे.सबवेव्हलेंथ स्केलवर प्रकाशाचा अंतर्भाव, अनेकदा रासायनिक आणि/किंवा जैविक प्रक्रियेच्या संयोजनात63 आणि स्मार्ट पॉलिमर 65,66 सारख्या संवेदनशील पदार्थांचे एकत्रीकरण प्रकाश आणि पदार्थाच्या परस्परसंवादावर नियंत्रण वाढवू शकते, जे थेरनोस्टिक हेतूंसाठी उपयुक्त ठरू शकते.एकात्मिक घटक/सामग्रीच्या प्रकार आणि आकाराची निवड निश्चितपणे शोधल्या जाणाऱ्या भौतिक, जैविक किंवा रासायनिक मापदंडांवर अवलंबून असते. 21,63.
शरीरातील विशिष्ट ठिकाणी निर्देशित केलेल्या वैद्यकीय सुयांमध्ये LOF प्रोबचे एकत्रीकरण विवोमध्ये स्थानिक द्रव आणि ऊतक बायोप्सी सक्षम करेल, एकाच वेळी स्थानिक उपचारांना परवानगी देईल, दुष्परिणाम कमी करेल आणि कार्यक्षमता वाढेल.संभाव्य संधींमध्ये कर्करोगासह विविध प्रसारित जैव रेणू शोधणे समाविष्ट आहे.बायोमार्कर्स किंवा मायक्रोआरएनए (miRNAs)67, रेखीय आणि नॉन-लिनियर स्पेक्ट्रोस्कोपी वापरून कर्करोगाच्या ऊतींची ओळख जसे की रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी (SERS)31, उच्च-रिझोल्यूशन फोटोकॉस्टिक इमेजिंग 22,28,68, लेझर शस्त्रक्रिया आणि ablation69, आणि लाइट27 आणि स्थानिक वितरण औषधे वापरून मानवी शरीरात सुयांचे स्वयंचलित मार्गदर्शन20.हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की जरी ऑप्टिकल फायबरचा वापर इलेक्ट्रॉनिक घटकांवर आधारित "शास्त्रीय" पद्धतींचे वैशिष्ट्यपूर्ण तोटे टाळतो, जसे की इलेक्ट्रिकल कनेक्शनची आवश्यकता आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक हस्तक्षेपाची उपस्थिती, यामुळे विविध एलओएफ सेन्सर प्रभावीपणे समाकलित केले जाऊ शकतात. प्रणालीएकल वैद्यकीय सुई.प्रदूषण, ऑप्टिकल हस्तक्षेप, विविध फंक्शन्स दरम्यान क्रॉसस्टॉक प्रभाव पाडणारे शारीरिक अडथळे यासारखे हानिकारक प्रभाव कमी करण्यासाठी विशेष लक्ष दिले पाहिजे.तथापि, हे देखील खरे आहे की उल्लेख केलेल्या अनेक कार्ये एकाच वेळी सक्रिय असणे आवश्यक नाही.या पैलूमुळे कमीतकमी हस्तक्षेप कमी करणे शक्य होते, ज्यामुळे प्रत्येक तपासणीच्या कार्यक्षमतेवर आणि प्रक्रियेच्या अचूकतेवर नकारात्मक प्रभाव मर्यादित होतो.या विचारांमुळे आम्हाला "रुग्णालयातील सुई" ही संकल्पना जीवन विज्ञानातील उपचारात्मक सुयांच्या पुढील पिढीसाठी एक भक्कम पाया घालण्यासाठी एक साधी दृष्टी म्हणून पाहण्याची परवानगी मिळते.
या पेपरमध्ये चर्चा केलेल्या विशिष्ट ऍप्लिकेशनच्या संदर्भात, पुढील भागात आम्ही वैद्यकीय सुईच्या अक्षाच्या बाजूने त्यांचा प्रसार वापरून मानवी ऊतींमध्ये अल्ट्रासोनिक लहरी निर्देशित करण्याच्या क्षमतेची संख्यात्मक तपासणी करू.
पाण्याने भरलेल्या वैद्यकीय सुईद्वारे अल्ट्रासोनिक लहरींचा प्रसार आणि मऊ उतींमध्ये (चित्र 5a मधील आकृती पहा) मर्यादित घटक पद्धती (FEM)70 वर आधारित व्यावसायिक कॉमसोल मल्टीफिजिक्स सॉफ्टवेअर वापरून मॉडेल केले गेले, जेथे सुई आणि ऊतक मॉडेल केले जातात. रेखीय लवचिक वातावरण म्हणून.
आकृती 5b चा संदर्भ देताना, सुईला पोकळ सिलेंडर ("कॅन्युला" म्हणूनही ओळखले जाते) स्टेनलेस स्टीलचे बनवले जाते, वैद्यकीय सुयांसाठी एक मानक सामग्री71.विशेषतः, ते यंगचे मॉड्यूलस E = 205 GPa, पॉसॉनचे गुणोत्तर ν = 0.28, आणि घनता ρ = 7850 kg m −372.73 सह मॉडेल केलेले होते.भौमितिकदृष्ट्या, सुईची लांबी L, अंतर्गत व्यास D (याला "क्लिअरन्स" देखील म्हणतात) आणि भिंतीची जाडी t द्वारे दर्शविली जाते.याव्यतिरिक्त, सुईची टीप अनुदैर्ध्य दिशा (z) च्या संदर्भात α कोनात झुकलेली मानली जाते.पाण्याचे प्रमाण मूलत: सुईच्या आतील भागाच्या आकाराशी संबंधित असते.या प्राथमिक विश्लेषणात, सुई ऊतींच्या प्रदेशात पूर्णपणे बुडवली गेली (अनिश्चित काळासाठी वाढवली जाईल असे गृहीत धरले गेले), त्रिज्या आरएसच्या गोलाच्या रूपात मॉडेल केली गेली, जी सर्व सिम्युलेशन दरम्यान 85 मिमीवर स्थिर राहिली.अधिक तपशीलात, आम्ही गोलाकार क्षेत्र पूर्णपणे जुळलेल्या लेयरसह (PML) पूर्ण करतो, जे कमीतकमी "काल्पनिक" सीमांमधून परावर्तित अवांछित लाटा कमी करते.त्यानंतर आम्ही त्रिज्या rs निवडली जेणेकरुन गोलाकार डोमेन सीमा सुईपासून पुरेशी दूर ठेवावी जेणेकरून संगणकीय सोल्यूशनवर परिणाम होऊ नये आणि सिम्युलेशनच्या संगणकीय खर्चावर परिणाम होणार नाही इतका लहान असेल.
स्टाईलस भूमितीच्या खालच्या सीमेवर वारंवारता f आणि मोठेपणा A चे हार्मोनिक अनुदैर्ध्य शिफ्ट लागू केले जाते;ही परिस्थिती सिम्युलेटेड भूमितीवर लागू केलेल्या इनपुट उत्तेजनाचे प्रतिनिधित्व करते.सुईच्या उर्वरित सीमांवर (ऊती आणि पाण्याच्या संपर्कात), स्वीकारलेल्या मॉडेलमध्ये दोन भौतिक घटनांमधील संबंध समाविष्ट मानले जाते, त्यापैकी एक स्ट्रक्चरल मेकॅनिक्सशी संबंधित आहे (सुईच्या क्षेत्रासाठी), आणि दुसरे स्ट्रक्चरल मेकॅनिक्ससाठी.(acicular प्रदेशासाठी), त्यामुळे ध्वनिशास्त्रावर (पाणी आणि ॲसिक्युलर क्षेत्रासाठी)74 संबंधित अटी लादल्या जातात.विशेषतः, सुईच्या आसनावर लागू असलेल्या लहान कंपनांमुळे लहान व्होल्टेज त्रास होतो;अशा प्रकारे, सुई लवचिक माध्यमाप्रमाणे वागते असे गृहीत धरून, विस्थापन वेक्टर U चा अंदाज इलास्टोडायनामिक समतोल समीकरण (Navier)75 वरून काढला जाऊ शकतो.सुईच्या स्ट्रक्चरल ऑसीलेशनमुळे त्यातील पाण्याच्या दाबात बदल होतो (आमच्या मॉडेलमध्ये स्थिर मानले जाते), परिणामी ध्वनी लहरी सुईच्या रेखांशाच्या दिशेने पसरतात, मूलत: हेल्महोल्ट्ज समीकरण76 चे पालन करतात.शेवटी, ऊतींमधील नॉनलाइनर प्रभाव नगण्य आहेत आणि दाब लहरींच्या मोठेपणापेक्षा कतरनी लहरींचे मोठेपणा खूपच लहान आहे असे गृहीत धरून, हेल्महोल्ट्ज समीकरण मऊ उतींमधील ध्वनिक लहरींच्या प्रसाराचे मॉडेल करण्यासाठी देखील वापरले जाऊ शकते.या अंदाजे नंतर, 1000 kg/m3 घनता आणि 1540 m/s आवाजाचा वेग (फ्रिक्वेंसी-आश्रित ओलसर प्रभावांकडे दुर्लक्ष करून) ऊतींना द्रव77 मानले जाते.या दोन भौतिक क्षेत्रांना जोडण्यासाठी, घन आणि द्रव यांच्या सीमेवर सामान्य हालचालींची सातत्य, घनच्या सीमेला लंब असलेला दाब आणि ताण यांच्यातील स्थिर समतोल आणि स्पर्शिक ताण यांच्या सीमेवर स्थिरता सुनिश्चित करणे आवश्यक आहे. द्रव शून्य समान असणे आवश्यक आहे.75
आमच्या विश्लेषणामध्ये, आम्ही स्थिर परिस्थितीत सुईच्या बाजूने ध्वनिक लहरींच्या प्रसाराची तपासणी करतो, ऊतींमधील लहरींच्या उत्सर्जनावर सुईच्या भूमितीच्या प्रभावावर लक्ष केंद्रित करतो.विशेषतः, आम्ही सुई D चा आतील व्यास, लांबी L आणि बेव्हल कोन α च्या प्रभावाची तपासणी केली, सर्व केसेससाठी जाडी t 500 µm वर निश्चित केली.टी चे हे मूल्य व्यावसायिक सुयांसाठी ठराविक मानक भिंतीच्या जाडी 71 च्या जवळ आहे.
सामान्यता गमावल्याशिवाय, सुईच्या पायावर लागू केलेल्या हार्मोनिक विस्थापनाची वारंवारता f 100 kHz च्या बरोबरीने घेतली गेली आणि मोठेपणा A 1 μm होता.विशेषतः, वारंवारता 100 kHz वर सेट केली गेली होती, जी "वृद्धीवर अवलंबून असलेल्या अल्ट्रासाऊंड फ्रिक्वेन्सीचा अंदाज घेण्यासाठी गोलाकार ट्यूमर मासचे विखुरलेले विश्लेषण" या विभागात दिलेल्या विश्लेषणात्मक अंदाजांशी सुसंगत आहे, जेथे ट्यूमरच्या वस्तुमानाचे अनुनाद-सदृश वर्तन आढळले. 50-400 kHz ची वारंवारता श्रेणी, 100-200 kHz च्या आसपास कमी फ्रिक्वेन्सीवर केंद्रित असलेल्या सर्वात मोठ्या स्कॅटरिंग मोठेपणासह (चित्र 2 पहा).
अभ्यास केलेला पहिला पॅरामीटर सुईचा अंतर्गत व्यास डी होता.सोयीसाठी, हे सुईच्या पोकळीतील ध्वनिक लहरी लांबीचा पूर्णांक अंश म्हणून परिभाषित केले आहे (म्हणजे, पाण्यात λW = 1.5 मिमी).खरंच, दिलेल्या भूमितीद्वारे (उदाहरणार्थ, वेव्हगाइडमध्ये) वैशिष्ट्यीकृत उपकरणांमधील लहरींच्या प्रसाराची घटना अनेकदा प्रसारित लहरीच्या तरंगलांबीच्या तुलनेत वापरल्या जाणाऱ्या भूमितीच्या वैशिष्ट्यपूर्ण आकारावर अवलंबून असते.याव्यतिरिक्त, पहिल्या विश्लेषणात, सुईद्वारे ध्वनिक लहरींच्या प्रसारावर व्यास D च्या प्रभावावर अधिक चांगल्या प्रकारे जोर देण्यासाठी, आम्ही α = 90° कोन सेट करून, एक सपाट टीप मानली.या विश्लेषणादरम्यान, सुईची लांबी एल 70 मिमीवर निश्चित केली गेली.
अंजीर वर.6a डायमेंशनलेस स्केल पॅरामीटर SD चे कार्य म्हणून सरासरी आवाजाची तीव्रता दर्शविते, म्हणजे D = λW/SD संबंधित सुईच्या टोकावर केंद्रस्थानी असलेल्या 10 मिमी त्रिज्या असलेल्या गोलामध्ये मूल्यांकन केले जाते.स्केलिंग पॅरामीटर SD 2 ते 6 पर्यंत बदलतो, म्हणजे आम्ही 7.5 mm ते 2.5 mm (f = 100 kHz वर) D मूल्यांचा विचार करतो.रेंजमध्ये स्टेनलेस स्टीलच्या वैद्यकीय सुयांसाठी 71 चे मानक मूल्य देखील समाविष्ट आहे.अपेक्षेप्रमाणे, सुईचा आतील व्यास सुईने उत्सर्जित होणाऱ्या आवाजाच्या तीव्रतेवर परिणाम करतो, कमाल मूल्य (1030 W/m2) D = λW/3 (म्हणजे D = 5 mm) शी संबंधित असते आणि कमी होत जाणारा कल असतो. व्यासहे लक्षात घेतले पाहिजे की व्यास D हा एक भौमितिक पॅरामीटर आहे जो वैद्यकीय उपकरणाच्या आक्रमकतेवर देखील परिणाम करतो, म्हणून इष्टतम मूल्य निवडताना या गंभीर पैलूकडे दुर्लक्ष केले जाऊ शकत नाही.म्हणून, जरी ऊतींमधील ध्वनिक तीव्रतेच्या कमी प्रसारामुळे डी मध्ये घट झाली असली तरी, खालील अभ्यासासाठी, व्यास D = λW/5, म्हणजे D = 3 मिमी (f = 100 kHz वर 11G71 मानकाशी संबंधित आहे) , उपकरणाची घुसखोरी आणि ध्वनी तीव्रता प्रेषण (सरासरी सुमारे 450 W/m2) यांच्यात वाजवी तडजोड मानली जाते.
सुईच्या (a), लांबी (b) आणि बेव्हल कोन α (c) च्या आतील व्यासावर अवलंबून, सुईच्या टोकाने उत्सर्जित होणाऱ्या आवाजाची सरासरी तीव्रता (सपाट मानली जाते).(a, c) मधील लांबी 90 मिमी आहे, आणि (b, c) मधील व्यास 3 मिमी आहे.
विश्लेषण करण्यासाठी पुढील पॅरामीटर सुई L ची लांबी आहे. मागील केस स्टडीनुसार, आम्ही तिरकस कोन α = 90° मानतो आणि लांबी पाण्यातील तरंगलांबीच्या गुणाकार म्हणून मोजली जाते, म्हणजे L = SL λW विचारात घ्या .डायमेंशनलेस स्केल पॅरामीटर SL 3 बाय 7 वरून बदलला आहे, अशा प्रकारे 4.5 ते 10.5 मिमी लांबीच्या श्रेणीतील सुईच्या टोकाद्वारे उत्सर्जित होणाऱ्या आवाजाच्या सरासरी तीव्रतेचा अंदाज लावला जातो.या श्रेणीमध्ये व्यावसायिक सुयांसाठी विशिष्ट मूल्ये समाविष्ट आहेत.परिणाम अंजीर मध्ये दर्शविले आहेत.6b, हे दर्शविते की सुईची लांबी, एल, ऊतींमधील आवाजाच्या तीव्रतेच्या प्रसारावर खूप प्रभाव पाडते.विशेषत:, या पॅरामीटरच्या ऑप्टिमायझेशनमुळे सुमारे परिमाणाच्या ऑर्डरद्वारे प्रसारण सुधारणे शक्य झाले.खरेतर, विश्लेषण केलेल्या लांबीच्या श्रेणीमध्ये, सरासरी आवाजाची तीव्रता SL = 4 (म्हणजे L = 60 मिमी) वर स्थानिक कमाल 3116 W/m2 असते आणि दुसरी SL = 6 (म्हणजे L = 90) शी संबंधित असते. मिमी).
बेलनाकार भूमितीमध्ये अल्ट्रासाऊंडच्या प्रसारावर सुईच्या व्यास आणि लांबीच्या प्रभावाचे विश्लेषण केल्यानंतर, आम्ही ऊतींमधील आवाजाच्या तीव्रतेच्या प्रसारावर बेव्हल कोनच्या प्रभावावर लक्ष केंद्रित केले.फायबर टीपमधून निघणाऱ्या आवाजाच्या सरासरी तीव्रतेचे मूल्यमापन कोन α चे कार्य म्हणून केले जाते, त्याचे मूल्य 10° (तीक्ष्ण टीप) वरून 90° (सपाट टीप) पर्यंत बदलले जाते.या प्रकरणात, सुईच्या मानल्या जाणाऱ्या टीपभोवती समाकलित केलेल्या गोलाची त्रिज्या 20 मिमी होती, जेणेकरून α च्या सर्व मूल्यांसाठी, सुईची टीप सरासरीपासून मोजलेल्या व्हॉल्यूममध्ये समाविष्ट केली गेली.
अंजीर मध्ये दाखवल्याप्रमाणे.6c, जेव्हा टीप तीक्ष्ण केली जाते, म्हणजे, जेव्हा α 90° पासून कमी होते, तेव्हा प्रसारित आवाजाची तीव्रता वाढते, सुमारे 1.5 × 105 W/m2 चे कमाल मूल्य गाठते, जे α = 50°, म्हणजे, 2 शी संबंधित असते. सपाट स्थितीच्या सापेक्ष उच्च परिमाणाचा क्रम आहे.टीप आणखी तीक्ष्ण केल्याने (म्हणजे, 50° च्या खाली α वर), ध्वनीची तीव्रता कमी होते, चपटा टिपच्या तुलनेत मूल्यांपर्यंत पोहोचते.तथापि, आम्ही आमच्या सिम्युलेशनसाठी बेव्हल कोनांच्या विस्तृत श्रेणीचा विचार केला असला तरी, हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की टिश्यूमध्ये सुई घालणे सुलभ करण्यासाठी टीप तीक्ष्ण करणे आवश्यक आहे.खरं तर, एक लहान बेव्हल कोन (सुमारे 10°) ऊतींमध्ये प्रवेश करण्यासाठी आवश्यक 78 शक्ती कमी करू शकतो.
टिश्यूमध्ये प्रसारित होणाऱ्या ध्वनी तीव्रतेच्या मूल्याव्यतिरिक्त, बेव्हल कोन लहरी प्रसाराच्या दिशेला देखील प्रभावित करतो, जसे की चित्र 7a (सपाट टीपसाठी) आणि 3b (10° साठी) मध्ये दर्शविलेल्या ध्वनी दाब पातळीच्या आलेखांमध्ये दाखवले आहे. ).बेव्हल्ड टीप), समांतर रेखांशाच्या दिशेने सममितीच्या समतलतेमध्ये मूल्यमापन केले जाते (yz, cf. अंजीर. 5).या दोन विचारांच्या टोकावर, ध्वनी दाब पातळी (1 µPa म्हणून संदर्भित) मुख्यतः सुईच्या पोकळीमध्ये (म्हणजे पाण्यात) केंद्रित असते आणि ऊतींमध्ये विकिरण होते.अधिक तपशीलात, सपाट टीप (चित्र 7a) च्या बाबतीत, ध्वनी दाब पातळीचे वितरण अनुदैर्ध्य दिशेच्या संदर्भात पूर्णपणे सममितीय आहे आणि शरीरात भरलेल्या पाण्यामध्ये स्थायी लाटा ओळखल्या जाऊ शकतात.लाट रेखांशाच्या दिशेने (z-अक्ष) असते, मोठेपणा पाण्यात त्याचे कमाल मूल्य (सुमारे 240 dB) पोहोचते आणि आडवा कमी होते, ज्यामुळे सुईच्या मध्यभागी 10 मिमी अंतरावर सुमारे 20 डीबी क्षीणता येते.अपेक्षेप्रमाणे, टोकदार टीप (चित्र 7b) सादर केल्याने ही सममिती खंडित होते आणि उभ्या असलेल्या लाटांचे अँटीनोड सुईच्या टोकानुसार “विक्षेपित” होतात.वरवर पाहता, ही विषमता सुईच्या टोकाच्या किरणोत्सर्गाच्या तीव्रतेवर परिणाम करते, जसे आधी वर्णन केले आहे (Fig. 6c).हा पैलू अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यासाठी, सुईच्या रेखांशाच्या दिशेने ऑर्थोगोनल कट रेषेसह ध्वनिक तीव्रतेचे मूल्यांकन केले गेले, जे सुईच्या सममितीच्या समतलामध्ये स्थित होते आणि सुईच्या टोकापासून 10 मिमी अंतरावर स्थित होते ( आकृती 7c मध्ये परिणाम).अधिक विशिष्टपणे, 10°, 20° आणि 30° तिरकस कोनांवर (अनुक्रमे निळ्या, लाल आणि हिरव्या घन रेषा) मूल्यांकन केलेल्या ध्वनी तीव्रतेच्या वितरणाची तुलना सपाट टोकाच्या (काळ्या ठिपके वक्र) जवळच्या वितरणाशी केली गेली.सपाट-टिप केलेल्या सुयांशी संबंधित तीव्रतेचे वितरण सुईच्या मध्यभागी सममितीय असल्याचे दिसते.विशेषतः, ते मध्यभागी सुमारे 1420 W/m2 चे मूल्य घेते, सुमारे 300 W/m2 ~ 8 mm अंतरावर ओव्हरफ्लो होते आणि नंतर ~ 30 mm वर सुमारे 170 W/m2 मूल्यापर्यंत कमी होते. .जसजसे टोक टोकदार होते तसतसे मध्यवर्ती भाग वेगवेगळ्या तीव्रतेच्या अधिक लोबमध्ये विभागले जाते.विशेष म्हणजे, जेव्हा α 30° होते, तेव्हा सुईच्या टोकापासून 1 मिमीने मोजलेल्या प्रोफाइलमध्ये तीन पाकळ्या स्पष्टपणे ओळखल्या जाऊ शकतात.मध्यभागी जवळजवळ सुईच्या मध्यभागी आहे आणि त्याचे अंदाजे मूल्य 1850 W/m2 आहे आणि उजवीकडील उच्च मध्यभागी सुमारे 19 मिमी आहे आणि 2625 W/m2 पर्यंत पोहोचते.α = 20° वर, 2 मुख्य लोब आहेत: एक प्रति −12 मिमी 1785 W/m2 वर आणि एक प्रति 14 मिमी 1524 W/m2 वर.जेव्हा टीप तीक्ष्ण होते आणि कोन 10° पर्यंत पोहोचतो, तेव्हा कमाल 817 W/m2 सुमारे -20 मिमी पर्यंत पोहोचते आणि प्रोफाइलच्या बाजूने थोडेसे कमी तीव्रतेचे आणखी तीन लोब दिसतात.
सपाट टोक (a) आणि 10° बेव्हल (b) असलेल्या सुईच्या सममिती y–z च्या विमानात ध्वनी दाब पातळी.(c) सुईच्या टोकापासून 10 मिमी अंतरावर आणि सममिती yz च्या समतलामध्ये पडलेल्या सुईच्या रेखांशाच्या दिशेला लंब असलेल्या कट रेषेसह अंदाजित ध्वनिक तीव्रतेचे वितरण.लांबी L 70 मिमी आणि व्यास D 3 मिमी आहे.
एकत्रितपणे, हे परिणाम दाखवतात की 100 kHz वर अल्ट्रासाऊंड सॉफ्ट टिश्यूमध्ये प्रसारित करण्यासाठी वैद्यकीय सुया प्रभावीपणे वापरल्या जाऊ शकतात.उत्सर्जित ध्वनीची तीव्रता सुईच्या भूमितीवर अवलंबून असते आणि 1000 W/m2 (10 मिमी वर) च्या श्रेणीतील मूल्यांपर्यंत (अंतिम यंत्राच्या आक्रमकतेमुळे लागू केलेल्या मर्यादांच्या अधीन) ऑप्टिमाइझ केली जाऊ शकते.सुईच्या तळाशी लागू केले जाते 1. मायक्रोमीटर ऑफसेटच्या बाबतीत, सुई पूर्णपणे अमर्याद विस्तारित मऊ ऊतकांमध्ये घातली जाते असे मानले जाते.विशेषतः, बेव्हल कोन टिश्यूमधील ध्वनी लहरींच्या प्रसाराची तीव्रता आणि दिशा यावर जोरदार प्रभाव पाडतो, ज्यामुळे मुख्यतः सुईच्या टोकाच्या कटाची ऑर्थोगोनॅलिटी होते.
गैर-आक्रमक वैद्यकीय तंत्रांच्या वापरावर आधारित नवीन ट्यूमर उपचार धोरणांच्या विकासास समर्थन देण्यासाठी, ट्यूमर वातावरणात कमी-फ्रिक्वेंसी अल्ट्रासाऊंडच्या प्रसाराचे विश्लेषण विश्लेषणात्मक आणि संगणकीय पद्धतीने केले गेले.विशेषतः, अभ्यासाच्या पहिल्या भागात, एका तात्पुरत्या इलास्टोडायनामिक सोल्यूशनने आम्हाला वस्तुमानाच्या वारंवारतेच्या संवेदनशीलतेचा अभ्यास करण्यासाठी ज्ञात आकार आणि कडकपणाच्या घन ट्यूमर स्फेरॉइड्समध्ये प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) लहरींच्या विखुरण्याचा अभ्यास करण्यास अनुमती दिली.त्यानंतर, शेकडो किलोहर्ट्झच्या ऑर्डरची फ्रिक्वेन्सी निवडली गेली आणि वैद्यकीय सुई ड्राइव्हचा वापर करून ट्यूमरच्या वातावरणात कंपन तणावाचा स्थानिक वापर अकौस्टिकचे हस्तांतरण निर्धारित करणाऱ्या मुख्य डिझाइन पॅरामीटर्सच्या प्रभावाचा अभ्यास करून संख्यात्मक सिम्युलेशनमध्ये मॉडेल केले गेले. पर्यावरणासाठी उपकरणाची शक्ती.परिणाम दर्शविते की वैद्यकीय सुया अल्ट्रासाऊंडसह ऊतींचे विकिरण करण्यासाठी प्रभावीपणे वापरल्या जाऊ शकतात आणि त्याची तीव्रता सुईच्या भौमितिक मापदंडाशी जवळून संबंधित आहे, ज्याला कार्यरत ध्वनिक तरंगलांबी म्हणतात.खरं तर, सुईच्या वाढत्या अंतर्गत व्यासासह ऊतींद्वारे विकिरणाची तीव्रता वाढते, जेव्हा व्यास तरंगलांबीच्या तीन पट असतो तेव्हा कमाल पोहोचते.सुईची लांबी एक्सपोजर ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी काही प्रमाणात स्वातंत्र्य देखील प्रदान करते.जेव्हा सुईची लांबी ऑपरेटिंग तरंगलांबीच्या (विशेषत: 4 आणि 6) विशिष्ट गुणाकारावर सेट केली जाते तेव्हा नंतरचा परिणाम खरोखरच वाढतो.विशेष म्हणजे, व्याजाच्या वारंवारता श्रेणीसाठी, ऑप्टिमाइझ केलेला व्यास आणि लांबी मूल्ये सामान्यतः मानक व्यावसायिक सुयांसाठी वापरल्या जाणाऱ्या जवळ आहेत.बेव्हल अँगल, जो सुईची तीक्ष्णता निर्धारित करतो, उत्सर्जिततेवर देखील परिणाम करतो, सुमारे 50° वर पोहोचतो आणि सुमारे 10° वर चांगली कामगिरी प्रदान करतो, जो सामान्यतः व्यावसायिक सुयांसाठी वापरला जातो..सिम्युलेशन परिणामांचा उपयोग रुग्णालयाच्या इंट्रानीडल डायग्नोस्टिक प्लॅटफॉर्मची अंमलबजावणी आणि ऑप्टिमायझेशन, इतर उपकरणातील उपचारात्मक उपायांसह निदान आणि उपचारात्मक अल्ट्रासाऊंड समाकलित करण्यासाठी आणि सहयोगी सुस्पष्टता औषध हस्तक्षेप साकारण्यासाठी मार्गदर्शन करण्यासाठी केला जाईल.
Koenig IR, Fuchs O, Hansen G, von Mutius E. आणि Kopp MV हे अचूक औषध म्हणजे काय?Eur, परदेशी.जर्नल 50, 1700391 (2017).
कॉलिन्स, एफएस आणि वर्मस, एच. अचूक औषधांमध्ये नवीन उपक्रम.एन. इंजी.जे. औषध.३७२, ७९३–७९५ (२०१५).
Hsu, W., Markey, MK आणि Wang, MD.बायोमेडिकल इमेजिंग इन्फॉर्मेटिक्स इन द प्रेसिजन मेडिसिन युग: उपलब्धी, आव्हाने आणि संधी.जाम.औषध.माहिती द्यासहायक प्राध्यापक.20(6), 1010–1013 (2013).
गॅरावे, एलए, व्हर्वेज, जे. आणि बॉलमन, केव्ही प्रेसिजन ऑन्कोलॉजी: एक पुनरावलोकन.J. क्लिनिकल.ऑन्कोल.31, 1803-1805 (2013).
Wiwatchaitawee, K., Quarterman, J., Geary, S., and Salem, A. नॅनोपार्टिकल-आधारित वितरण प्रणाली वापरून ग्लिओब्लास्टोमा (GBM) थेरपीमध्ये सुधारणा.AAPS PharmSciTech 22, 71 (2021).
अल्दापे के, झादेह जी, मन्सौरी एस, रीफेनबर्गर जी आणि वॉन डेमलिंग ए. ग्लिओब्लास्टोमा: पॅथॉलॉजी, आण्विक यंत्रणा आणि मार्कर.ॲक्टा न्यूरोपॅथॉलॉजी.१२९(६), ८२९–८४८ (२०१५).
बुश, एनएओ, चांग, ​​एसएम आणि बर्जर, एमएस ग्लिओमाच्या उपचारांसाठी वर्तमान आणि भविष्यातील धोरणे.न्यूरो सर्जरी.एड.40, 1–14 (2017).