25289

بررسي توزيع دما و ميزان آسيب حرارتي در درمان سرطان با هايفو

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي-گرايش بيومكانيك

1396

1400/03/30

استاد راهنماي اول: دكتر محمد حق پناهي، استاد راهنماي دوم: دكتر مهدي نويدبخش

مهندسي مكانيك

امروزه، در جوامع پيشرفته و در حال رشد، سرطان به عنوان يك مشكل عمده و اساسي براي سلامتي انسان ها مطرح مي باشد. روش هاي متداولي همچون جراحي، شيمي درماني، پرتودرماني و غيره داراي محدوديت هايي هستند كه سبب ايجاد و استفاده از شيوه هاي نوين درماني شده اند. يكي از اين شيوه ها، هايپرترميا مي باشد. براي ايجاد حرارت در تومور توسط هايپرترميا، از يكي از منابع حرارتي به نام امواج فراصوت متمركز با شدت بالا يا هايفو استفاده مي شود. اساس كار روش هايپرترميا با هايفو، تمركز امواج در مركز تومور و توليد حرارت (از طريق جذب امواج فراصوت و تبديل آن به گرما) در آن است كه باعث افزايش دما در ناحيه كانوني و تخريب بافت تومور در آن ناحيه مي شود. هدف از اين پژوهش بررسي توزيع دما و ميزان آسيب حرارتي ناشي از هايپرترميا با هايفو در غياب و حضور رگ شاخص حرارتي در بافت بيولوژيكي است. براي اين منظور، ابتدا مدل سازي بافت بدون رگ و با رگ در يك مدل 2 بعدي محوري انجام شده است. سپس، براي دست يابي به ميدان فشار و شدت آكوستيك و حرارت ايجاد شده در بافت، انتشار امواج با معادلات خطي هلمهولتز و غيرخطي كِي زِد كِي صورت گرفته است. اكنون، براي به دست آوردن نتايج مربوط به دما، از معادله پنس، مدل موج حرارتي و مدل فاز تأخير دوگانه استفاده شده است. در دو مدل موج حرارتي و فاز تأخير دوگانه به ترتيب ترم اينرسي حرارتي و ترم هاي اينرسي حرارتي و تعامل حرارتي مدنظر قرار داده شده اند كه منجر به افزايش دقت نتايج براي كاربردهاي كلينيكي در آينده مي شوند. براي دست يافتن به نتايج مربوط به آسيب نيز مدل آرنيوس به كاربرده شده است. نتايج حاصل از اين پژوهش نشان مي دهد كه زمان استراحت حرارتي و زمان تأخير دوم نقش مهمي در دما و آسيب دارند. به طور مثال، در انتشار امواج خطي و در حالت بافت بدون رگ، مقادير دما در مدل هاي پنس و موج حرارتي و فاز تأخير دوگانه به ترتيب برابر 74/2 درجه سانتي گراد، 62/74 درجه سانتي گراد و 48/35 درجه سانتي گراد هستند كه اين مقادير تأثير زمان هاي موجود در مدل موج حرارتي و فاز تأخير دوگانه را بر دما نسبت به مدل پنس ثابت مي كنند. حال، هرچه اين دو زمان بزرگ تر باشند، مقدار دما و ميزان آسيب در بافت نيز در دو مدل موج حرارتي و فاز تأخير دوگانه نسبت به مدل پنس كمتر است. علاوه بر اين، نتايج حاصل از بررسي پارامترهاي رگ همچون شعاع رگ و سرعت متوسط جريان خون در آن نشان دهنده ي اين است كه شعاع رگ به طور قابل توجهي دما و آسيب را تحت تأثير قرار مي دهد درحالي كه سرعت متوسط تأثير كمي بر آن ها دارد.

1400/06/31

The Investigation of Temperature Distribution and Degree of Thermal Damage in the Treatment of Cancer with Hifu

1/1/1900 12:00:00 AM

Today, in advanced and growing societies, cancer is a major and fundamental problem for human health. Conventional methods such as surgery, chemotherapy, radiation therapy, etc., which are used to treat cancer, have limitations that have led to the development and use of new therapies. One of these methods is hyperthermia. Hyperthermia uses one of the heat sources called high-intensity focused ultrasound or hifu to generate heat in the tumor tissue. The basis of Hyperthermia with the hifu method is the concentration of waves in the center of the tumor and the production of heat (by absorbing ultrasound waves and converting it to heat) in it, which increases the temperature in the focal area and destroys the tumor tissue in that area. The aim of this study is to investigate the temperature distribution and the degree of thermal damage caused by hyperthermia with hifu in the absence and presence of a thermally significant blood vessel in biological tissue. For this purpose, tissue without and with vessel modeling has been performed in a 2D-Axisymmetric model. Then, to achieve the field of acoustic pressure, acoustic intensity, and heat generated in the tissue, the propagation of the waves has been done with Helmholtz linear and KZK nonlinear equations. Now, to obtain the temperature results, the Pennes bioheat transfer equation, the thermal wave model for bioheat transfer, and the dual phase lag bioheat model have been used. In the two models of thermal wave and dual phase lag, thermal inertia term and thermal inertia and thermal interaction terms are considered, respectively, which lead to increasing the accuracy of the results for future clinical applications. The Arrhenius model has been also used to obtain the results related to the degree of damage. The results of this study show that the thermal relaxation time and the second delay time play a key role in the temperature distribution and the degree of thermal damage in the tissue. For example, in linear wave propagation and in the case of tissue without vessel, the temperature values in the Pennes, thermal wave and dual phase lag models are 74.2 ° C, 62.74 ° C and 48.35, respectively that these values prove the effect of the times in the thermal wave and the dual phase lag models on the temperature compared to the Pennes model. The larger these two times, the lower the temperature and degree of damage in the tissue in both the thermal wave and the dual phase lag models than in the Pennes model. In addition, the results of examining the parameters of the vessel, such as the radius of the vessel and the average velocity of blood flow in it, indicate that the vessel radius significantly affects the temperature and the degree of damage, while the average velocity has a slight effect on them.

هايپرترميا با هايفو , انتقال زيست گرمايي , رگ شاخص حرارتي , توزيع دما , ميزان آسيب حرارتي

Hifu hyperthermia , Bioheat transfer , Thermally significant blood vessel , Temperature distribution , Degree of thermal damage