22528

هايپرترميا با نانوذرات مغناطيسي در مختصات كروي از منظر محل و تعدد تزريق

كارشناسي ارشد

بيومكانيك

1396-1399

1399/4/28

دكتر محمد حق پناهي - دكتر مهدي نويدبخش

دكتر مرتضي گرشاسبي

مكانيك

روش هايي كه امروزه در درمان سرطان رايج هستند، محدوديت¬هايي دارند كه منجر به تلاش براي كشف راهكارهاي جديد شده اند. در دهه هاي اخير، هايپرترميا به عنوان روشي نوين در درمان سرطان، موردتوجه محققان قرار گرفته است. پيشرفت هايي كه در زمينه ي نانوتكنولوژي به وجود آمده، ابعاد جديدي از راه هاي ايجاد گرما در هايپرترميا با استفاده از نانوذرات مغناطيسي به وجود آورده كه به آن هايپرترميا با سيال مغناطيسي گفته مي شود. در اين روش، نانوذرات سوپرپارامغناطيس در حضور ميدان مغناطيسي متغير از طريق دو مكانيزم رهايش نيل و براوني، ايجاد حرارت مي كنند. ميزان موفقيت در اين روش به كنترل دقيق توزيع دما بستگي دارد. براي اين منظور در اين پژوهش از تزريق چند مكاني براي ايجاد توزيع دماي يكنواخت در تومور استفاده شده است. از آن جايي كه بازه ي دمايي 40 تا 50 درجه ي سانتي گراد محدوده اي مطلوب به عنوان دماي نهايي تومور براي از بين بردن آن مي باشد، يك روش معكوس براي يافتن مكان بهينه ي نقاط تزريق با هدف رسيدن بيش از 90 درصد تومور به اين بازه ي دمايي به كار برده شده است. تعداد بهينه ي نقاط تزريق نيز با توجه به بخشي از تومور كه در اين محدوده ي دمايي قرار گرفته و حداكثر اختلاف دما در تومور به عنوان عاملي براي سنجش ميزان يكنواختي توزيع دما، تعيين شده است. پس از انجام مراحل گفته شده، تعداد 5 نقطه تزريق با مختصات به دست آمده از روش معكوس به عنوان پاسخ بهينه تعيين شده است. در اين حالت مدت زمان كل فرايند به 8 دقيقه رسيده كه نسبت به حالت تك نقطه تزريق 86 درصد كاهش يافته است. هم چنين 95 درصد از تومور در محدوده ي دمايي هدف قرار گرفته است. نتايج به دست آمده از صحت¬سنجي¬هاي انجام شده نيز بيانگر اعتبار شبيه سازي كامپيوتري و حل تحليلي استفاده شده در روش معكوس است. به گونه اي كه ميزان خطاي شبيه سازي 5/0 درصد و خطاي حل تحليلي نسبت به شبيه سازي نرم افزاري انجام شده، حداكثر 7 درصد مي باشد.

1399/07/11

Magnetic Nanoparticle Hyperthermia in Spherical Coordinates from the Perspective of the Location and Number of Injections

7/19/2021 12:00:00 AM

Common strategies for cancer therapy have limitations that have led to attempts to discover new solutions. In recent decades, hyperthermia, as a new method in cancer treatment, has got researchers' attention. Advances in nanotechnology have created new ways of heat generation in hyperthermia using magnetic nanoparticles, called magnetic nanoparticle hyperthermia. In this method, superparamagnetic nanoparticles generate heat in the presence of a magnetic field by two mechanisms: Neel relaxation and Brownian relaxation. Success in this approach depends on the precise controlling of temperature distribution. For this purpose, in this study, multi-point injection has been used to create uniform temperature distribution in the tumor. Since the temperature range of 40 to 50 deg C is the desired range for the final temperature of the tumor to be destroyed, an inverse method is used to estimate the optimum location of nanoparticle injections to reach the desired range of temperature. The optimum number of injections is determined by considering the amount of tumor in this temperature range and the maximum final temperature difference in the tumor as a factor of determination of uniformity of temperature distribution. Eventually, 5 point injections with coordinates obtained from the inverse method, has been determined as the optimum answer. In this case, the total process time has reached 8 minutes, 86% less than the single injection method, and also 95% of the tumor is in the desired temperature range. Results of validations also show the validity of both computational simulation (0.5% error) and the analytical solution used in the inverse method (maximum 7% error).