Tapadh leibh airson tadhal air Nature.com.Tha thu a’ cleachdadh dreach brobhsair le taic CSS cuibhrichte.Airson an eòlas as fheàrr, tha sinn a’ moladh gun cleachd thu brobhsair ùraichte (no cuir à comas Modh Co-chòrdalachd ann an Internet Explorer).A bharrachd air an sin, gus dèanamh cinnteach à taic leantainneach, bidh sinn a 'sealltainn an làrach gun stoidhlichean agus JavaScript.
Sleamhnagan a’ sealltainn trì artaigilean gach sleamhnag.Cleachd na putanan air ais is air adhart gus gluasad tro na sleamhnagan, no na putanan rianadair sleamhnag aig an deireadh gus gluasad tro gach sleamhnag.
Stèidhichte air eadar-ghearradh eadar-chuspaireil fiosaigs agus saidheansan beatha, tha ro-innleachdan breithneachaidh agus teirpeach stèidhichte air leigheas mionaideach air mòran aire a tharraing o chionn ghoirid air sgàth iomchaidheachd practaigeach dhòighean innleadaireachd ùra ann an iomadh raon leigheis, gu sònraichte ann an oncology.Taobh a-staigh an fhrèam seo, tha cleachdadh ultrasound gus ionnsaigh a thoirt air ceallan aillse ann am tumors gus milleadh meacanaigeach a dhèanamh air diofar lannan a’ tarraing barrachd aire bho luchd-saidheans air feadh an t-saoghail.A’ toirt aire do na factaran sin, stèidhichte air fuasglaidhean tìm elastodynamic agus samhlaidhean àireamhach, bidh sinn a’ taisbeanadh sgrùdadh tòiseachaidh air atharrais coimpiutair air iomadachadh ultrasound ann an clò gus triceadan agus cumhachdan iomchaidh a thaghadh le irradachadh ionadail.Àrd-ùrlar sgrùdaidh ùr airson teicneòlas obair-lann On-Fiber, ris an canar snàthad an ospadail agus air a pheutant mu thràth.Thathas a’ creidsinn gum faodadh toraidhean an sgrùdaidh agus na lèirsinnean bith-fhiosaigeach co-cheangailte ris an t-slighe ullachadh airson dòighean-obrach breithneachaidh agus leigheasach amalaichte ùra a dh’ fhaodadh prìomh àite a bhith aca ann an cleachdadh cungaidh-leigheis mionaideach san àm ri teachd, a’ tarraing bho raointean fiosaig.Tha co-obrachadh a tha a’ sìor fhàs eadar bith-eòlas a’ tòiseachadh.
Le àrdachadh àireamh mhòr de thagraidhean clionaigeach, thòisich an fheum air fo-bhuaidhean air euslaintich a lughdachadh mean air mhean.Chun na crìche seo, tha leigheas mionaideach1, 2, 3, 4, 5 air a thighinn gu bhith na amas ro-innleachdail gus an dòs de dhrogaichean a thèid a lìbhrigeadh gu euslaintich a lughdachadh, gu bunaiteach a’ leantainn dà phrìomh dhòigh-obrach.Tha a’ chiad fhear stèidhichte air làimhseachadh a chaidh a dhealbhadh a rèir ìomhaigh genomic an euslaintich.Tha an dàrna fear, a tha a’ tighinn gu bhith na inbhe òir ann an oncology, ag amas air modhan lìbhrigidh dhrogaichean siostamach a sheachnadh le bhith a’ feuchainn ri beagan dhroga a leigeil ma sgaoil, agus aig an aon àm a’ meudachadh cruinneas tro bhith a’ cleachdadh leigheas ionadail.Is e an amas mu dheireadh cuir às no co-dhiù na buaidhean àicheil a tha aig mòran de dhòighean teirpeach, leithid chemotherapy no rianachd siostamach de radionuclides.A rèir an t-seòrsa aillse, àite, dòs rèididheachd, agus factaran eile, faodaidh eadhon leigheas rèididheachd cunnart mòr a bhith ann an clò fallain.Ann a bhith a’ làimhseachadh glioblastoma6,7,8,9 bidh lannsaireachd gu soirbheachail a’ toirt air falbh an t-aillse bunasach, ach eadhon às aonais meata-mheadhain, faodaidh mòran in-shìoladh aillse a bhith an làthair.Mura tèid an toirt air falbh gu tur, faodaidh tomadan ùra aillse fàs taobh a-staigh ùine gu math goirid.Anns a ’cho-theacsa seo, tha e duilich na ro-innleachdan cungaidh mionaideach a chaidh ainmeachadh roimhe a chuir an sàs leis gu bheil e duilich na in-shìoladh sin a lorg agus a sgaoileadh thairis air raon mòr.Bidh na cnapan-starra sin a’ cur casg air toraidhean deimhinnte ann a bhith a’ cur casg air ath-chuairteachadh le cungaidh-leigheis mionaideach, agus mar sin is fheàrr dòighean lìbhrigidh siostamach ann an cuid de chùisean, ged a dh’ fhaodadh ìrean puinnseanta fìor àrd a bhith aig na drogaichean a thathar a’ cleachdadh.Gus faighinn thairis air an duilgheadas seo, b’ e an dòigh làimhseachaidh as fheàrr a bhith a’ cleachdadh ro-innleachdan cho beag ionnsaigheach a bheir ionnsaigh roghnach air ceallan aillse gun a bhith a’ toirt buaidh air clò fallain.Mar thoradh air an argamaid seo, tha cleachdadh crithidhean ultrasonic, a chaidh a dhearbhadh gu bheil buaidh eadar-dhealaichte aca air ceallan aillse agus fallain, an dà chuid ann an siostaman unicellular agus ann an cruinneachaidhean heterogeneous mesoscale, mar fhuasgladh comasach.
Bho shealladh meacanaigeach, tha triceadan nàdarra eadar-dhealaichte aig ceallan fallain agus aillse.Tha an togalach seo co-cheangailte ri atharrachaidhean oncogenic ann an feartan meacanaigeach structar cytoskeletal cheallan aillse12,13, fhad ‘s a tha ceallan tumhair, gu cuibheasach, nas deformable na ceallan àbhaisteach.Mar sin, leis an roghainn as fheàrr de tricead ultrasound airson brosnachadh, faodaidh crith ann an raointean taghte milleadh a dhèanamh air structaran aillse beò, a’ lughdachadh a’ bhuaidh air àrainneachd fhallain an aoigh.Faodaidh na buaidhean sin nach eil air an làn thuigsinn fhathast a bhith a’ toirt a-steach sgrios cuid de phàirtean structarail ceallach mar thoradh air crithean àrd-tricead air adhbhrachadh le ultrasound (ann am prionnsapal glè choltach ri lithotripsy14) agus milleadh cealla mar thoradh air iongantas coltach ri sgìths meacanaigeach, a dh’ fhaodadh structar cealla atharrachadh. .prògramadh agus meacanaig-eòlas.Ged a tha coltas gu bheil am fuasgladh teòiridheach seo gu math freagarrach, gu mì-fhortanach chan urrainnear a chleachdadh ann an cùisean far a bheil structaran bith-eòlasach anechoic a ’cur casg air cleachdadh dìreach ultrasound, mar eisimpleir, ann an tagraidhean intracranial air sgàth làthaireachd cnàimh, agus tha cuid de mhòran tumhair broilleach suidhichte ann an adipose. sgeadaich.Faodaidh lasachadh làrach buaidh therapach a chuingealachadh.Gus faighinn thairis air na duilgheadasan sin, feumar ultrasound a chuir an sàs gu h-ionadail le transducers air an dealbhadh gu sònraichte a ruigeas an làrach irradiated cho neo-ionnsaigheach sa ghabhas.Le seo san amharc, bheachdaich sinn air comasachd beachdan a chleachdadh co-cheangailte ri comas àrd-ùrlar teicneòlasach ùr-ghnàthach a chruthachadh ris an canar an “ospadal snàthad”15.Tha bun-bheachd “Ospadal san t-snàthad” a’ toirt a-steach leasachadh ionnstramaid meidigeach cho beag ionnsaigheach airson tagraidhean breithneachaidh agus teirpeach, stèidhichte air measgachadh de dhiofar ghnìomhan ann an aon shnàthaid mheidigeach.Mar a chaidh a dheasbad nas mionaidiche ann an roinn Snàthad an Ospadail, tha an inneal teann seo stèidhichte sa mhòr-chuid air na buannachdan a tha aig probes 16, 17, 18, 19, 20, 21 fibre optic, a tha, air sgàth am feartan, freagarrach airson a chuir a-steach gu inbhe 20. snàthadan meidigeach, 22 lumens.A’ faighinn buannachd às an t-sùbailteachd a tha teicneòlas Lab-on-Fiber (LOF)23 a’ toirt seachad, tha snàithleach gu h-èifeachdach a’ tighinn gu bhith na àrd-ùrlar gun samhail airson innealan sgrùdaidh agus teirpeach beag agus deiseil airson an cleachdadh, a’ toirt a-steach biopsy siùbhlach agus innealan biopsy clò.ann an lorg biomolecular24,25, lìbhrigeadh dhrogaichean ionadail air a stiùireadh le solas26,27, ìomhaighean ultrasound ionadail àrd-chruinneas28, leigheas teirmeach29,30 agus comharrachadh aillse stèidhichte air speactroscop31.Taobh a-staigh a’ bhun-bheachd seo, a’ cleachdadh dòigh-obrach ionadail stèidhichte air an inneal “snàthad san ospadal”, bidh sinn a’ sgrùdadh comasachd brosnachadh ionadail a thoirt do structaran bith-eòlasach còmhnaidh le bhith a’ cleachdadh iomadachadh tonnan ultrasound tro shnàthadan gus tonnan ultrasound a bhrosnachadh taobh a-staigh na roinne inntinneach..Mar sin, faodar ultrasound teirpeach dian-ìosal a chuir an sàs gu dìreach ris an raon cunnairt le glè bheag de ionnsaigheachd airson ceallan sonicating agus cumaidhean beaga cruaidh ann an clò bog, mar a tha ann an cùis an lannsaireachd intracranial a chaidh ainmeachadh roimhe, feumar toll beag sa chlaigeann a chuir a-steach le a. snàthad.Air a bhrosnachadh le toraidhean teòiridheach agus deuchainneach o chionn ghoirid a tha a’ moladh gum faod ultrasound stad no dàil a chuir air leasachadh aillsean sònraichte, 32,33,34 dh’ fhaodadh an dòigh-obrach a thathar a’ moladh cuideachadh le bhith a’ dèiligeadh, ann am prionnsapal co-dhiù, ris na prìomh cho-aontaran eadar buaidhean ionnsaigheach agus leigheasach.Le na beachdachaidhean sin san amharc, anns a’ phàipear seo, bidh sinn a’ sgrùdadh comasachd inneal snàthad san ospadal a chleachdadh airson leigheas ultrasound cho beag ionnsaigheach airson aillse.Nas mionaidiche, anns an roinn Mion-sgrùdadh Sgapadh air Meudan Tumor Spherical airson A bhith a’ Measadh Tricead Àrd-fhuaim a tha an urra ri Fàs, bidh sinn a’ cleachdadh dhòighean elastodynamic stèidhichte agus teòiridh sgapaidh fuaimneach gus meud tumhan cruaidh spherical fhàs ann am meadhan elastagach.stiffness a tha a’ tachairt eadar am tumhair agus maothran aoigheachd mar thoradh air ath-dhealbhadh air an stuth mar thoradh air fàs.An dèidh cunntas a thoirt air an t-siostam againn, ris an can sinn an earrann “Ospadal san t-Snàthad”, anns an earrainn “Ospadal san t-Snàthad”, bidh sinn a’ sgrùdadh iomadachadh tonnan ultrasonic tro shnàthadan meidigeach aig na triceadan a tha dùil agus bidh am modail àireamhach aca ag atharrachadh na h-àrainneachd airson sgrùdadh. na prìomh pharamadairean geoimeatrach (an fhìor thrast-thomhas a-staigh, fad agus geur an t-snàthad), a’ toirt buaidh air sgaoileadh cumhachd fuaimneach an ionnstramaid.Leis gu bheil feum air ro-innleachdan innleadaireachd ùra a leasachadh airson leigheas mionaideach, thathas a’ creidsinn gum faodadh an sgrùdadh a thathar a’ moladh cuideachadh le bhith a’ leasachadh inneal ùr airson làimhseachadh aillse stèidhichte air cleachdadh ultrasound air a lìbhrigeadh tro àrd-ùrlar theragnostic amalaichte a bhios ag aonachadh ultrasound le fuasglaidhean eile.Co-cheangailte, leithid lìbhrigeadh dhrogaichean cuimsichte agus breithneachadh fìor-ùine taobh a-staigh aon snàthad.
Tha èifeachdas a bhith a’ toirt seachad ro-innleachdan meacanaigeach airson làimhseachadh tumors cruaidh ionadail a’ cleachdadh brosnachadh ultrasonic (ultrafhuaim) air a bhith na amas aig grunn phàipearan a’ dèiligeadh an dà chuid gu teòiridheach agus gu deuchainneach ri buaidh crithidhean ultrasonic le dian ìosal air siostaman aon-chealla 10, 11, 12 . , 32, 33, 34, 35, 36 A’ cleachdadh mhodalan viscoelastic, tha grunn luchd-sgrùdaidh air dearbhadh gu anailiseach gu bheil ceallan tumhair agus fallain a’ nochdadh diofar fhreagairtean tricead air an comharrachadh le stùcan athshondach sònraichte ann an raon 10,11,12 na SA.Tha an toradh seo a’ moladh, ann am prionnsapal, gum faodar ionnsaigh roghnach a thoirt air ceallan tumhair le brosnachaidhean meacanaigeach a ghlèidheas an àrainneachd aoigheachd.Tha an giùlan seo mar thoradh dìreach air prìomh fhianais gu bheil, sa mhòr-chuid de chùisean, ceallan tumhair nas so-ruigsinneach na ceallan fallain, is dòcha gus an comas àrdachadh agus imrich a dhèanamh37,38,39,40.Stèidhichte air na toraidhean a fhuaireadh le modalan aon-chealla, me aig a’ mhion-sgèile, tha roghnachas cheallan aillse cuideachd air a nochdadh aig an mesoscale tro sgrùdaidhean àireamhach air freagairtean harmonic co-chruinneachaidhean cealla heterogeneous.A’ toirt seachad ceudad eadar-dhealaichte de cheallan aillse agus ceallan fallain, chaidh cruinneachaidhean ioma-chealla ceudan de mhicrometers ann am meud a thogail gu rangachd.Aig mesolevel nan co-chruinneachaidhean sin, tha cuid de fheartan inntinneach microscopach air an gleidheadh ​​​​mar thoradh air gnìomhachadh dìreach nam prìomh eileamaidean structarail a tha a 'comharrachadh giùlan meacanaigeach ceallan singilte.Gu sònraichte, bidh gach cealla a’ cleachdadh ailtireachd stèidhichte air tensegrity gus atharrais air freagairt diofar structaran cytoskeletal a tha fo chuideam, agus mar sin a’ toirt buaidh air an stiffness iomlan12,13.Tha ro-innsean teòiridheach agus deuchainnean in vitro den litreachas gu h-àrd air toraidhean brosnachail a thoirt seachad, a’ nochdadh gu bheil feum air sgrùdadh a dhèanamh air cugallachd tomadan tumhair gu ultrasound teirpeach dian-ìosal (LITUS), agus tha e deatamach measadh a dhèanamh air tricead irradachadh tomadan tumhair.suidheachadh LITUS airson tagradh air an làrach.
Ach, aig ìre clò, tha e do-sheachanta gu bheil an tuairisgeul submacroscopic den cho-phàirt fa leth air chall, agus faodar feartan clò an tumhair a lorg le bhith a’ cleachdadh dhòighean sreathach gus sùil a chumail air fàs mòr agus pròiseasan ath-dhealbhachaidh air adhbhrachadh le cuideam, a’ toirt aire do bhuaidhean macroscopach. fàs.- atharrachaidhean air adhbhrachadh ann an elasticity clò air sgèile 41.42.Gu dearbh, eu-coltach ri siostaman unicellular agus iomlan, bidh tomadan tumhair cruaidh a’ fàs ann am figheagan bog mar thoradh air cruinneachadh mean air mhean de chuideam fuigheall neo-sheasmhach, a dh’ atharraicheas feartan meacanaigeach nàdarra mar thoradh air àrdachadh ann an cruas intratumoral iomlan, agus bidh sglerosis tumhair gu tric na fheart cinnteach ann an lorg tumhair.
Le na beachdachaidhean sin san amharc, an seo bidh sinn a’ dèanamh anailis air freagairt sonodynamic spheroids tumhair air am modaladh mar in-ghabhail spherical elastagach a’ fàs ann an àrainneachd clò àbhaisteach.Nas mionaidiche, chaidh na feartan elastagach co-cheangailte ri ìre an tumhair a dhearbhadh stèidhichte air na toraidhean teòiridheach agus deuchainneach a fhuair cuid de na h-ùghdaran ann an obair roimhe.Nam measg, chaidh mean-fhàs spheroids tumhair cruaidh a chaidh fhàs ann am vivo ann am meadhanan heterogeneous a sgrùdadh le bhith a’ cleachdadh mhodalan meacanaigeach neo-loidhneach 41,43,44 ann an co-bhonn ri daineamaigs eadar-ghnèitheach gus ro-innse a dhèanamh air leasachadh tomadan tumhair agus cuideam intratumoral co-cheangailte.Mar a chaidh ainmeachadh gu h-àrd, tha fàs (me, ro-aithris neo-sheasmhach) agus cuideam air fhàgail ag adhbhrachadh ath-dhealbhadh adhartach air feartan stuth an tumhair, agus mar sin ag atharrachadh a fhreagairt fuaimneach.Tha e cudromach cuimhneachadh gu bheil ann an ref.41 tha co-fhàs fàs agus cuideam cruaidh ann am tumors air a nochdadh ann an iomairtean deuchainneach ann am modalan bheathaichean.Gu sònraichte, dhearbh coimeas eadar stiffness tomadan tumhair broilleach aig diofar ìrean leis an stiffness a gheibhear le bhith ag ath-riochdachadh suidheachaidhean coltach ris ann an silico air modal eileamaid spherical crìochnaichte leis na h-aon tomhasan agus a’ toirt aire don raon cuideam fuigheall a bha dùil an dòigh a chaidh a mholadh. dligheachd modail..Anns an obair seo, thathas a’ cleachdadh toraidhean teòiridheach agus deuchainneach a fhuaireadh roimhe seo gus ro-innleachd therapach ùr leasaichte a leasachadh.Gu sònraichte, chaidh meudan ro-mheasta le feartan an aghaidh mean-fhàs co-fhreagarrach a thomhas an seo, a chaidh an cleachdadh mar sin gus tuairmse a dhèanamh air na raointean tricead dha bheil tomadan tumhair a tha freumhaichte san àrainneachd aoigheachd nas mothachaile.Chun na crìche seo, rinn sinn sgrùdadh mar sin air giùlan fiùghantach tomad an tumhair aig diofar ìrean, air a ghabhail aig diofar ìrean, a’ toirt aire do chomharran fuaimneach a rèir a’ phrionnsapail ris an gabhar san fharsaingeachd de sgapadh mar fhreagairt air brosnachaidhean ultrasonic agus a’ soilleireachadh uinneanan athshondach a dh’ fhaodadh a bhith aig an spheroid. .a rèir tumhair agus aoigheachd Eadar-dhealachaidhean a tha an urra ri fàs ann an stiffness eadar figheagan.
Mar sin, chaidh tomadan tumhair a mhodaladh mar raointean elastagach de radius \ (a \) ann an àrainneachd elastagach timcheall air an aoigh stèidhichte air dàta deuchainneach a’ sealltainn mar a bhios structaran malignant mòr a’ fàs in situ ann an cumaidhean spherical.A’ toirt iomradh air Figear 1, a’ cleachdadh nan co-chomharran spherical \(\{ r, \ theta , \ varphi \} \) (far a bheil \(\theta\) agus \(\varphi\) a’ riochdachadh ceàrn neo-riaghailteachd agus ceàrn azimuth fa leth), tha an tha àrainn tumhair ann an sgìre freumhaichte ann an àite fallain \({\ mathcal {V}}_{T}=\{ (r,\theta ,\varphi ):r\le a\}\) sgìre gun chrìoch \({\mathcal { V} }_{H} = \{ (r, \ theta, \varphi): r> a \} \).A’ toirt iomradh air Fiosrachadh Leasachail (SI) airson tuairisgeul iomlan air a’ mhodail matamataigeach stèidhichte air a’ bhunait elastodynamic stèidhichte a chaidh aithris ann an iomadh litreachas45,46,47,48, tha sinn a’ beachdachadh an seo air duilgheadas a tha air a chomharrachadh le modh oscillation axisymmetric.Tha am beachd seo a’ ciallachadh gu bheil a h-uile caochladair taobh a-staigh an tumhair agus raointean fallain neo-eisimeileach bhon cho-chomharran azimuthal \ (\ varphi\) agus nach tachair saobhadh sam bith a thaobh seo.Mar thoradh air an sin, gheibhear na raointean gluasad agus cuideam bho dhà chomas sgalar \(\ phi = \hat{\phi}\left( {r,\theta} \right)e^{{ – i \omega {\kern 1pt } t }} \) agus \(\chi = \hat{\chi }\left( {r,\theta } \right)e^{{ – i\omega {\kern 1pt} t }}\), tha iad fa leth co-cheangailte ri tonn fada agus tonn rùsgaidh, an ùine co-thuiteamas t eadar an t-àrdachadh \ (\ theta \) agus an ceàrn eadar stiùir an tonn tachartais agus an vectar suidheachaidh \({ \ mathbf {x)) \) ( mar a chithear ann am figear 1) agus \( \ omega = 2 \ pi f \ ) a 'riochdachadh tricead ceàrnach.Gu sònraichte, tha an raon tachartais air a mhodail le tonn an itealain \(\phi_{H}^{(in)}\) (cuideachd air a thoirt a-steach san t-siostam SI, ann an co-aontar (A.9)) a’ gluasad a-steach do mheud na bodhaig a rèir focail an lagha
far a bheil \(\phi_{0}\) am paramadair leudachaidh.Is e leudachadh spherical tonn plèana tachartais (1) a’ cleachdadh gnìomh tonn spherical an argamaid àbhaisteach:
Far a bheil \(j_{n}\) an gnìomh spherical Bessel den chiad sheòrsa òrduigh \(n\), agus \(P_{n}\) is e an Legendre polynomial.Tha pàirt den tonn tachartais den raon tasgaidh sgapte sa mheadhan timcheall agus a’ dol thairis air an raon tachartais, fhad ‘s a tha am pàirt eile sgapte taobh a-staigh an raon, a’ cur ris a ’chrith aige.Gus seo a dhèanamh, na fuasglaidhean harmonic aig co-aontar nan tonn \(\nabla^{2} \hat{\phi } + k_{1}^{2} {\mkern 1mu} \hat{\phi } = 0\,\ ) agus \(\ nabla^{2} { \mkern 1mu} \hat{\chi } + k_{2}^{2} \hat{\chi } = 0\), air a sholarachadh mar eisimpleir le Eringen45 (faic cuideachd SI ) faodaidh e tumhair agus raointean fallain a chomharrachadh.Gu sònraichte, tha tonnan leudachaidh sgapte agus tonnan isovolumic air an gineadh sa mheadhan aoigheachd \(H \) ag aideachadh an lùths a dh’ fhaodadh a bhith aca:
Nam measg, thathas a’ cleachdadh gnìomh spherical Hankel den chiad sheòrsa \(h_{ n} ^ {(1)} \) gus beachdachadh air an tonn sgapte a tha a’ dol a-mach, agus \(\ alpha_{n}\) agus \(\beta_{ n} \ ) nan co-èifeachdan neo-aithnichte.anns a' cho-aontar.Ann an co-aontaran (2)–(4), tha na teirmean \(k_{H1}\) agus \(k_{H2}\) a’ comharrachadh àireamhan nan tonn de thonnan tearc agus tonnan tarsainn ann am prìomh raon na bodhaig, fa leth ( faic SI).Tha cruth aig raointean teannachaidh taobh a-staigh an tumhair agus gluasadan
Far a bheil \(k_{T1}\) agus \(k_{T2}\) a' riochdachadh àireamhan nan tonn fad-ùine agus transverse ann an roinn an tumhair, agus 's e na co-èifeachdan neo-aithnichte \(\ gamma_{n} {\mkern 1mu}\), \(\eta_{n} {\mkern 1mu}\).Stèidhichte air na co-dhùnaidhean sin, tha co-phàirtean radial neo-neoni agus gluasad cuairteachaidh àbhaisteach do roinnean fallain san duilgheadas air a bheilear a’ beachdachadh, leithid \(u_{Hr}\) agus \(u_{H\theta}\) (\(u_{). H \ varphi } \ ) chan eil feum air a’ bharail co-chothromachd tuilleadh) - gheibhear e bhon dàimh \(u_{Hr} = \partial_{r} \left( {\phi + \partial_{r} (r\chi ) } \right) + k_} ^{2 } { \ mkern 1mu} r\chi \) agus \(u_{H\theta} = r^{- 1} \partial_{\theta} \left({\phi +) \partial_{ r } ( r \ chi ) } \right) \) le bhith a' cruthachadh \(\phi = \phi_{H}^{(in)} + \phi_{H}^{(s)}\) agus \ (\chi = \chi_ {H} ^ {(s)}\) (faic SI airson toradh matamataigeach mionaideach).San aon dòigh, tillidh {Tr} = \partial_{r} a chuir an àite \(\phi = \phi_{T}^{(s)}\) agus \(\chi = \chi_{T}^{(s)}\) \left( {\phi + \partial_{r} (r\chi)} \right) + k_{T2}^{2} {\mkern 1mu} r\chi\) agus \(u_{T\theta} = r^{-1}\partial _{\theta }\left({\phi +\partial_{r}(r\chi)}\deas)\).
(Clì) Geoimeatraidh tumhair spherical air fhàs ann an àrainneachd fhallain tro bheil raon tachartais a ’sgaoileadh, (deas) mean-fhàs co-fhreagarrach air a’ cho-mheas stiffness tumhair-aoigheachd mar ghnìomh radius tumhair, dàta air aithris (air atharrachadh bho Carotenuto et al. 41) bho ann an deuchainnean teannachaidh fhuaireadh vitro bho tumors broilleach cruaidh air an còmhdach le ceallan MDA-MB-231.
A’ gabhail ris gu bheil stuthan sreathach elastagach agus isotropic, na co-phàirtean cuideam neo-neoni anns na roinnean fallain agus tumhair, ie \(\ sigma_{Hpq}\) agus \(\sigma_{Tpq}\) - gèilleadh do lagh coitcheann Hooke, leis gu bheil tha moduli Lamé eadar-dhealaichte , a tha a’ comharrachadh elasticity aoigheachd is tumhair, air an comharrachadh mar \(\{ \mu_{H}, \,\ lambda_{H} \}\) agus \(\{ \mu_{T}, \, \lambda_ {T} \ } \) (faic Co-aontar (A.11) airson an abairt slàn de na co-phàirtean cuideam a tha air an riochdachadh ann an IR).Gu sònraichte, a rèir an dàta ann an iomradh 41 agus air a thaisbeanadh ann am Figear 1, sheall tumors a bha a’ fàs atharrachadh ann an cuibhreannan elasticity clò.Mar sin, tha gluasadan agus cuideaman anns na roinnean aoigheachd is tumhair air an dearbhadh gu tur suas gu seata de chuibhrichean neo-aithnichte \({{ \varvec{\upxi}}}_{n} = \{ \alpha_{n} ,{\mkern 1mu Tha tomhasan neo-chrìochnach ann an teòiridheach aig } \ beta_{ n} { \ mkern 1mu} \gamma_{ n} , \eta_{ n} \} .Gus na vectaran co-èifeachd sin a lorg, tha eadar-aghaidh iomchaidh agus suidheachaidhean crìche eadar an tumhair agus raointean fallain air an toirt a-steach.Le bhith a’ gabhail ris gu bheil ceangal foirfe aig an eadar-aghaidh tumhair-aoigheachd \(r = a\), tha leantainneachd gluasadan agus cuideaman a’ cur feum air na cumhaichean a leanas:
Tha siostam (7) a’ cruthachadh siostam de cho-aontaran le fuasglaidhean gun chrìoch.A bharrachd air an sin, bidh gach suidheachadh crìche an urra ris an neo-riaghailteachd \(\theta\).Airson duilgheadas luach na crìche a lùghdachadh gu duilgheadas ailseabra iomlan le \(N\) seataichean de shiostaman dùinte, agus tha gach fear dhiubh san neo-aithnichte \({{\varvec{\upxi}}}_{n} = \{ \alpha_ {n},{ \mkern 1mu} \beta_{n} {\mkern 1mu} \gamma_{n}, \eta_{n} \}_{n = 0,…,N}\) (le \( N \) gu \infty \), gu teòiridheach), agus gus cuir às do eisimeileachd nan co-aontaran air na teirmean triantanach, tha na cumhaichean eadar-aghaidh air an sgrìobhadh ann an cruth lag a’ cleachdadh orthogonality nam polynomials Legendre.Gu sònraichte, tha an co-aontar (7) 1,2 agus (7) 3,4 air iomadachadh le \(P_{ n} \left( { \ cos \theta} \right) \ ) agus \(P_{ n} ^ { 1} \left ( { \cos \ theta} \ deas) \ ) agus an uairsin cuir a-steach eadar \(0\) agus \(\pi\) a' cleachdadh dearbh-aithne matamataigeach:
Mar sin, bidh suidheachadh an eadar-aghaidh (7) a’ tilleadh siostam co-aontar ailseabra ceithir-cheàrnach, a dh’fhaodar a chur an cèill ann an cruth matrix mar \({ \ mathbb{D}}_{ n} (a) \cdot {{ \varvec{ \upxi }} } _{ n} = {\mathbf{q}}_{n} (a)\) agus faigh an neo-aithnichte \({{\varvec{\upxi}}}_{n}\ ) le bhith a' fuasgladh riaghailt Cramer .
Gus tuairmse a dhèanamh air an t-sruth lùth a tha air a sgapadh leis an raon agus fiosrachadh fhaighinn mun fhreagairt fuaimneach aige stèidhichte air dàta mun raon sgapte a tha a 'sgaoileadh anns a' mheadhan aoigheachd, tha meud fuaimneach inntinneach, a tha na chrois-earrann àbhaisteach de sgapadh bistatic.Gu sònraichte, tha an crois-earrann sgapaidh, ainmichte \(s), a’ cur an cèill a’ cho-mheas eadar an cumhachd fuaimneach a tha air a ghluasad leis a’ chomharra sgapte agus an roinn de lùth a tha air a ghiùlan leis an tonn tachartais.A thaobh seo, tha meud gnìomh a’ chruth \(\left| {F_{\infty} \left(\theta \right)} \right|^{2}\) na mheud a thathas a’ cleachdadh gu tric ann an sgrùdadh uidheamachdan fuaimneach freumhaichte ann an leaghan no cruaidh Sgapadh nithean anns a’ ghrùid.Nas mionaidiche, tha leudachd gnìomh a’ chruth air a mhìneachadh mar a’ chrois-earrann sgapaidh eadar-dhealaichte \ (ds \) gach aonad, a tha eadar-dhealaichte leis an àbhaist gu stiùir iomadachaidh an tonn tachartais:
far a bheil \(f_{n}^{pp}\) agus \(f_{n}^{ps}\) a' comharrachadh a' ghnìomh modal, a tha a' toirt iomradh air a' cho-mheas eadar cumhachdan na tonn fada agus an tonn sgapte an coimeas ris an Tha tachartas P-tonn anns a’ mheadhan faighinn, fa leth, air an toirt seachad leis na h-abairtean a leanas:
Faodar gnìomhan pàirt tonn (10) a sgrùdadh gu neo-eisimeileach a rèir an teòiridh sgapaidh athshondach (RST) 49,50,51,52, a tha ga dhèanamh comasach an elasticity targaid a sgaradh bhon raon iomlan air seacharan nuair a bhios tu a’ sgrùdadh diofar mhodhan.A rèir an dòigh seo, faodar an gnìomh cruth modal a thoirt air falbh gu suim de dhà phàirt cho-ionann, is e sin \(f_{n} = f_{ n} ^ {(res)} + f_{ n} ^ {(b)} \ ) a tha co-cheangailte ris na leudachaidhean cùl-raon athshondach agus neo-fhuaimneach, fa leth.Tha gnìomh cumadh a’ mhodh athshondach co-cheangailte ri freagairt an targaid, agus mar as trice bidh an cùl-raon co-cheangailte ri cumadh an sgapadh.Gus a’ chiad cruth den targaid airson gach modh a lorg, leudaich gnìomh cumadh ath-shuidheachaidh modal \(\left| {f_{n}^{(res)} \left(\theta \right)} \right|\) air a thomhas a’ gabhail ris gu bheil cùl-raon cruaidh, air a dhèanamh suas de raointean do-ruigsinneach ann an stuth aoigheachd elastagach.Tha am beachd-bharail seo air a bhrosnachadh leis gu bheil, san fharsaingeachd, an dà chuid stiffness agus dùmhlachd a’ dol am meud le fàs meud an tumhair mar thoradh air an cuideam teannachaidh a tha air fhàgail.Mar sin, aig fìor ìre fàis, thathar an dùil gum bi an co-mheas bacaidh \(\rho_{T} c_{1T} /\rho_{H} c_{1H}\) nas àirde na 1 airson a’ mhòr-chuid de thùaran cruaidh macroscopach a’ fàs ann am bog. sgrathan.Mar eisimpleir, Krouskop et al.Dh’ innis 53 co-mheas de aillse gu modulus àbhaisteach timcheall air 4 airson clò prostate, agus chaidh an luach seo suas gu 20 airson sampallan clò broilleach.Tha e do-sheachanta gum bi na dàimhean sin ag atharrachadh bacadh fuaimneach an clò, mar a chithear cuideachd le mion-sgrùdadh elastography54,55,56, agus dh’ fhaodadh iad a bhith co-cheangailte ri tiugh clò ionadail air adhbhrachadh le iomadachadh tumhair.Chaidh an eadar-dhealachadh seo fhaicinn gu deuchainneach cuideachd le deuchainnean teannachaidh sìmplidh de bhlocaichean tumhair broilleach a chaidh fhàs aig diofar ìrean32, agus faodar ath-dhealbhadh an stuth a leantainn gu math le modalan tar-ghnèitheach ro-innseach de tumors nach eil a’ fàs sreathach43,44.Tha an dàta stiffness a gheibhear gu dìreach co-cheangailte ri mean-fhàs modulus Young de tumors cruaidh a rèir na foirmle \(E_{T} = S\left( {1 - \nu ^{2} } \right)/a\ sqrt \ varepsilon \ )( raointean le radius \ (a \), stiffness \ (S \) agus co-mheas Poisson \ (\n \) eadar dà phlàta teann 57, mar a chithear ann am Figear 1).Mar sin, tha e comasach tomhas casg fuaimneach fhaighinn den tumhair agus an neach-aoigheachd aig diofar ìrean fàis.Gu sònraichte, an coimeas ri modulus clò àbhaisteach co-ionann ri 2 kPa ann am Fig. 1, dh’ adhbhraich am modulus elastagach de thumhan broilleach anns an raon lìonaidh timcheall air 500 gu 1250 mm3 àrdachadh bho timcheall air 10 kPa gu 16 kPa, is e sin co-chòrdail ris an dàta a chaidh aithris.ann an iomraidhean 58, 59 chaidh a lorg gu bheil an cuideam ann an sampallan clò broilleach 0.25–4 kPa le ro-dhruim a’ dol à bith.Gabh ris cuideachd gur e 41.60 co-mheas Poisson de stuth a tha cha mhòr do-chreidsinneach, a tha a’ ciallachadh nach atharraich dùmhlachd an stuth gu mòr mar a bhios an tomhas-lìonaidh ag àrdachadh.Gu sònraichte, thathas a’ cleachdadh an dùmhlachd sluaigh cuibheasach cuibheasach \(\rho = 945\,{\text{kg}}\,{\text{m}}^{ – 3}\)61.Leis na beachdachaidhean sin, faodaidh stiffness modh cùl-fhiosrachaidh a ghabhail a ’cleachdadh an abairt a leanas:
Far an gabh an seasmhach neo-aithnichte \(\widehat{{{\varvec{\upxi))))_{n} = \{\delta_{n} ,\upsilon_{n} \}\) obrachadh a-mach a' gabhail a-steach an leantalachd bias ( 7 )2,4, 's e sin, le bhith a' fuasgladh an t-siostam ailseabra \(\widehat{{\mathbb{D}}}_{n} (a) \cdot \widehat{({\varvec{\upxi}}) } } _{ n } = \widehat{{\mathbf{q}}_{n} (a)\) a' toirt a-steach clann bheaga\(\widehat{{\mathbb{D}}}_{n} (a) = \ { { \ mathbb{D}}_{ n} (a)\}_{{\{ (1,3),(1,3) \} }} \) agus an vectar colbh simplichte co-fhreagarrach\(\widehat { {\mathbf {q}}}_{n} (а) \). \left( {res} \deas)\,pp}} \left( \theta \right)} \right| = \left|{f_{n}^{pp} \left(\theta\right) - f_{ n} ^{pp(b)} \left( \theta \right)} \right|\) agus \( \left|{f_{n}^{{\left( {res} \right)\,ps} } \left( \theta \right)} \right|= \left|{f_{n}^{ps} \left(\theta\right) - f_{n}^{ps(b)} \left( \ theta \right)} \right|\) a 'toirt iomradh air excitation P-tonn agus meòrachadh P- agus S-tonn, fa leth.A bharrachd air an sin, chaidh a’ chiad leud a mheas mar \(\ theta = \ pi\), agus chaidh an dàrna leud a mheas mar \(\ theta = \ pi/4\).Le bhith a 'luchdachadh diofar fheartan composition.Tha Figear 2 a’ sealltainn gu bheil feartan athshondach spheroids tumhair suas gu timcheall air 15 mm ann an trast-thomhas gu ìre mhòr stèidhichte anns a’ chòmhlan tricead 50-400 kHz, a tha a’ nochdadh comasachd ultrasound tricead ìosal a chleachdadh gus spionnadh tumhair athshondach a bhrosnachadh.ceallan.Tòrr mòr.Anns a 'chòmhlan tricead seo, nochd an anailis RST cruthan aon-mhodh airson modhan 1 gu 6, air an comharrachadh ann am Figear 3. An seo, tha an dà chuid tonnan pp- agus ps-scattered a 'sealltainn riochdan den chiad sheòrsa, a' nochdadh aig triceadan glè ìosal, a tha ag àrdachadh bho mu 20 kHz airson modh 1 gu timcheall air 60 kHz airson n = 6, a’ sealltainn nach eil eadar-dhealachadh mòr ann an radius cruinne.Bidh an gnìomh athshondach ps an uairsin a’ lughdachadh, fhad ‘s a tha an cothlamadh de chruthan leudachaidh pp mòr a’ toirt seachad ùine timcheall air 60 kHz, a ’sealltainn gluasad tricead nas àirde le àireamh modh a’ sìor fhàs.Chaidh a h-uile mion-sgrùdadh a dhèanamh a’ cleachdadh bathar-bog coimpiutaireachd Mathematica®62.
Tha na gnìomhan cruth backscatter a gheibhear bhon mhodal de tumors broilleach de dhiofar mheudan air an sealltainn ann am Fig. 1, far a bheil na bannan sgapaidh as àirde air an comharrachadh a’ toirt aire do shusbaint modh.
Ath-shònrachaidhean nam modhan taghte bho \(n = 1\) gu \(n = 6\), air a thomhas nuair a thathar a’ togail inntinn agus a’ meòrachadh air an tonn-P aig diofar mheudan tumhair (cromagan dubha bho \(\ clì | {f_{ n} ^ {{\ clì( {res} \deas)\,pp}} \left( \pi \right)} \right| = \ clì|. f_{ n } ^{pp(b)} \left(\pi \right)} \right|\)) agus excitation P-tonn agus meòrachadh tonn-S (cromagan glasa air an toirt seachad le gnìomh cruth modal \( \ left | { f_{ n } ^{{ \ clì( {res} \right)\,ps}} \left( {\pi /4} \right)} \right| = \clì|. \left( {\pi /4} \right) - f_{n}^{ps(b)} \left( {\pi /4} \right)} \right |\)).
Faodaidh toraidhean an sgrùdaidh tòiseachaidh seo a’ cleachdadh suidheachaidhean iomadachaidh fad-raoin stiùireadh a thoirt air taghadh triceadan dràibhidh sònraichte anns na samhlaidhean àireamhach a leanas gus sgrùdadh a dhèanamh air buaidh cuideam microvibration air tomad.Tha na co-dhùnaidhean a’ sealltainn gum faod calibration triceadan as fheàrr a bhith sònraichte aig ìre rè fàs tumhair agus faodar a dhearbhadh le bhith a’ cleachdadh toraidhean mhodalan fàis gus ro-innleachdan bith-mheicnigeach a stèidheachadh ann an leigheas galair gus ro-innse ceart a dhèanamh air ath-dhealbhadh clò.
Tha adhartasan mòra ann an nanicneòlas a’ toirt air a’ choimhearsnachd shaidheansail fuasglaidhean agus dòighean ùra a lorg gus innealan meidigeach beaga agus cho beag ionnsaigheach a leasachadh airson tagraidhean in vivo.Anns a 'cho-theacsa seo, tha teicneòlas LOF air comas iongantach a nochdadh gus comasan snàithleach optigeach a leudachadh, a' comasachadh leasachadh innealan snàithleach optic as lugha ionnsaigheach airson tagraidhean saidheans beatha21, 63, 64, 65. Am beachd a bhith ag amalachadh stuthan 2D agus 3D le feartan ceimigeach, bith-eòlasach agus optigeach a tha a dhìth air na taobhan 25 agus / no a’ crìochnachadh 64 de shnàithleach optigeach le làn smachd spàsail aig an nanoscale a’ leantainn gu nochdadh clas ùr de nanoptodes fibre optic.tha raon farsaing de ghnìomhan breithneachaidh agus leigheasach aige.Gu h-inntinneach, air sgàth na feartan geoimeatrach agus meacanaigeach aca (crois-earrann beag, co-mheas taobh mòr, sùbailteachd, cuideam ìosal) agus bith-fhreagarrachd stuthan (mar as trice glainne no polymers), tha snàithleach optigeach gu math freagarrach airson a chuir a-steach do shnàthadan agus catheters.Cleachdaidhean meidigeach20, a’ fuasgladh na slighe airson sealladh ùr den “ospadal snàthad” (faic Figear 4).
Gu dearbh, mar thoradh air na h-ìrean saorsa a tha teicneòlas LOF a ’toirt seachad, le bhith a’ cleachdadh amalachadh meanbh-structaran agus nanostructures air an dèanamh le diofar stuthan meatailteach agus / no dielectric, faodar snàithleach optigeach a chuir an gnìomh gu ceart airson tagraidhean sònraichte gu tric a ’toirt taic do ghluasad modh athshondach., Tha an raon solais 21 air a shuidheachadh gu làidir.Faodaidh cuibhreachadh solais air sgèile fo-thonn, gu tric an co-bhonn ri giollachd ceimigeach agus/no bith-eòlasach63 agus amalachadh stuthan mothachail leithid polymers snasail65,66 smachd àrdachadh air eadar-obrachadh solais is stuth, a dh’ fhaodadh a bhith feumail airson adhbharan theranostic.Tha e follaiseach gu bheil an roghainn seòrsa agus meud de cho-phàirtean/stuthan amalaichte an urra ris na crìochan fiosaigeach, bith-eòlasach no ceimigeach a lorgar21,63.
Le bhith ag amalachadh probes LOF a-steach do shnàthadan meidigeach air an stiùireadh gu làraich sònraichte sa bhodhaig leigidh sin biopsies lionn is clò ionadail ann am vivo, a’ ceadachadh làimhseachadh ionadail aig an aon àm, a’ lughdachadh fo-bhuaidhean agus ag àrdachadh èifeachdas.Am measg nan cothroman a dh’ fhaodadh a bhith ann tha lorg diofar biomolecules a tha a’ cuairteachadh, a’ toirt a-steach aillse.bith-chomharran no microRNAn (miRNAs)67, comharrachadh stuthan aillseach a’ cleachdadh speactroscopaidh sreathach agus neo-shreathach leithid Raman spectroscopy (SERS)31, ìomhaighean photoacoustic àrd-rèiteachaidh22,28,68, lannsa leusair agus ablation69, agus drogaichean lìbhrigidh ionadail a’ cleachdadh solas27 agus stiùireadh fèin-ghluasadach snàthadan a-steach don chorp daonna20.Is fhiach a thoirt fa-near, ged a tha cleachdadh snàithleach optigeach a’ seachnadh eas-bhuannachdan àbhaisteach dhòighean “clasaigeach” stèidhichte air co-phàirtean dealanach, leithid an fheum air ceanglaichean dealain agus làthaireachd eadar-theachd electromagnetic, leigidh seo le diofar luchd-mothachaidh LOF a bhith air am filleadh a-steach gu h-èifeachdach. siostam.snàthad meidigeach singilte.Feumar aire shònraichte a thoirt do lughdachadh buaidhean cronail leithid truailleadh, bacadh optigeach, cnapan-starra corporra a dh’ adhbhraicheas buaidhean crosstalk eadar diofar ghnìomhan.Ach, tha e fìor cuideachd nach fheum mòran de na gnìomhan a chaidh ainmeachadh a bhith gnìomhach aig an aon àm.Tha an taobh seo ga dhèanamh comasach co-dhiù a bhith a 'lùghdachadh bacadh, agus mar sin a' cuingealachadh a 'bhuaidh àicheil air coileanadh gach probe agus neo-mhearachdachd a' mhodh-obrachaidh.Tha na beachdachaidhean sin a’ toirt cothrom dhuinn bun-bheachd an “snàthad san ospadal” fhaicinn mar lèirsinn shìmplidh gus bunait làidir a shuidheachadh airson an ath ghinealach de shnàthadan teirpeach anns na saidheansan beatha.
A thaobh an tagraidh sònraichte air a bheilear a’ beachdachadh sa phàipear seo, anns an ath earrann nì sinn sgrùdadh àireamhach air comas snàthad meidigeach gus tonnan ultrasonic a stiùireadh a-steach do fhigheagan daonna a’ cleachdadh an iomadachadh air an axis aige.
Chaidh gluasad tonnan ultrasonic tro shnàthaid mheidigeach làn uisge agus a chuir a-steach do fhigheagan bog (faic an diagram ann am Fig. 5a) a mhodaladh a’ cleachdadh bathar-bog malairteach Comsol Multiphysics stèidhichte air an dòigh eileamaid chrìochnaichte (FEM)70, far a bheil an snàthad agus an clò air am modaladh. mar àrainneachd elastic sreathach.
A’ toirt iomradh air Figear 5b, tha an t-snàthad air a mhodail mar siolandair falamh (ris an canar cuideachd “cannula”) air a dhèanamh de stàilinn gun staoin, stuth àbhaisteach airson snàthadan meidigeach71.Gu sònraichte, chaidh a mhodaladh le modulus Young E = 205 GPa, co-mheas Poisson ν = 0.28, agus dùmhlachd ρ = 7850 kg m −372.73.Gu geoimeatrach, tha an t-snàthad air a chomharrachadh le fad L, trast-thomhas a-staigh D (ris an canar cuideachd “glanadh”) agus tighead balla t.A bharrachd air an sin, thathas den bheachd gu bheil bàrr na snàthad air a chlaonadh aig ceàrn α a thaobh an t-slighe fhada (z).Tha meud an uisge gu ìre mhòr a rèir cumadh na roinne a-staigh den t-snàthad.Anns a’ mhion-sgrùdadh tòiseachaidh seo, bhathas a’ gabhail ris gu robh an t-snàthad air a bogadh gu tur ann an sgìre clò (a thathas an dùil gun leudaich e gun chrìoch), air a mhodaladh mar raon de radius rs, a dh’ fhan seasmhach aig 85 mm rè a h-uile samhladh.Nas mionaidiche, bidh sinn a’ crìochnachadh na sgìre spherical le còmhdach air a dheagh mhaidseadh (PML), a bhios co-dhiù a’ lughdachadh tonnan nach eileas ag iarraidh a chithear bho chrìochan “mac-meanmnach”.Thagh sinn an uairsin an radius rs gus crìoch an fhearainn spherical a chuir fada gu leòr bhon t-snàthad gun a bhith a’ toirt buaidh air an fhuasgladh àireamhachd, agus beag gu leòr gun a bhith a’ toirt buaidh air cosgais coimpiutaireachd an atharrais.
Tha gluasad harmonic fad-ùine de tricead f agus leudachd A air a chuir an sàs ann an crìoch ìosal geoimeatraidh an stoidhle;tha an suidheachadh seo a’ riochdachadh brosnachadh cuir a-steach air a chuir an sàs ann an geoimeatraidh samhlachail.Aig na crìochan a tha air fhàgail den t-snàthad (ann an conaltradh le clò agus uisge), thathas den bheachd gu bheil am modail ris an deach gabhail a-steach dàimh eadar dà iongantas fiosaigeach, aon dhiubh co-cheangailte ri meacanaig structarail (airson farsaingeachd an t-snàthad), agus am fear eile gu meacanaig structarail.(airson na sgìre acicular), agus mar sin tha na suidheachaidhean co-fhreagarrach air an cur air an fhuaimneach (airson uisge agus an roinn chruinn)74.Gu sònraichte, bidh crithidhean beaga air an cur an sàs anns an t-suidheachan snàthad ag adhbhrachadh draghan bholtachd beag;mar sin, a’ gabhail ris gu bheil an t-snàthad gad ghiùlan fhèin mar mheadhan elastagach, faodar an vectar gluasaid U a mheas bhon cho-aontar co-chothromachd elastodynamic (Navier)75.Bidh oscillations structarail den t-snàthad ag adhbhrachadh atharrachaidhean ann an cuideam an uisge a tha na bhroinn (air a mheas a bhith na stad sa mhodail againn), agus mar thoradh air an sin bidh tonnan fuaim a’ gluasad ann an slighe fhada na snàthaid, gu ìre mhòr a’ cumail ri co-aontar Helmholtz76.Mu dheireadh, a’ gabhail ris gu bheil na buaidhean neo-loidhneach ann am figheagan glè bheag agus gu bheil leud nan tonnan rùsgaidh mòran nas lugha na leud nan tonnan cuideam, faodar an co-aontar Helmholtz a chleachdadh cuideachd gus iomadachadh tonnan fuaimneach ann an clò bog a mhodail.Às deidh an tuairmse seo, thathas a’ beachdachadh air an stuth mar leaghan77 le dùmhlachd de 1000 kg / m3 agus astar fuaim 1540 m / s (a ’seachnadh buaidhean taise a tha an urra ri tricead).Gus an dà raon fiosaigeach sin a cheangal, feumar dèanamh cinnteach à leantainneachd gluasad àbhaisteach aig crìoch an t-sruth agus an leaghan, an cothromachadh statach eadar cuideam agus cuideam ceart-cheàrnach ri crìoch an t-sruth, agus an cuideam tangential aig crìoch an t-sruth. Feumaidh leaghan a bhith co-ionann ri neoni.75.
Anns an anailis againn, bidh sinn a’ sgrùdadh mar a tha tonnan fuaimneach air an gluasad air feadh snàthad fo chumhachan stadach, le fòcas air buaidh geoimeatraidh an t-snàthad air sgaoileadh tonnan taobh a-staigh an clò.Gu sònraichte, rinn sinn sgrùdadh air buaidh trast-thomhas a-staigh an t-snàthad D, an fhaid L agus an ceàrn bevel α, a’ cumail an tighead t stèidhichte aig 500 µm airson a h-uile cùis a chaidh a sgrùdadh.Tha an luach seo de t faisg air an tighead balla àbhaisteach àbhaisteach 71 airson snàthadan malairteach.
Gun a bhith a’ call coitcheannachd, chaidh tricead f an gluasad harmonic a chuirear air bonn na snàthad a thoirt co-ionann ri 100 kHz, agus b’ e amplitude A 1 μm.Gu sònraichte, chaidh am tricead a shuidheachadh gu 100 kHz, a tha co-chòrdail ris na tuairmsean anailis a chaidh a thoirt seachad anns an earrainn “A’ sgapadh mion-sgrùdadh air tomadan tumhair spherical gus tuairmse a dhèanamh air triceadan ultrasound a tha an urra ri fàs ”, far an deach giùlan coltach ri ath-shuidheachadh de mhòran tumhair a lorg ann an an raon tricead 50–400 kHz, leis an leud sgapaidh as motha stèidhichte aig triceadan nas ìsle timcheall air 100–200 kHz (faic Fig. 2).
B’ e a’ chiad paramadair a chaidh a sgrùdadh an trast-thomhas a-staigh D den t-snàthad.Airson goireasachd, tha e air a mhìneachadh mar bloigh iomlan de fhad tonn fuaimneach ann an cuas an t-snàthad (ie, ann an uisge λW = 1.5 mm).Gu dearbha, bidh na h-uinneanan de ghluasad tonn ann an innealan a tha air an comharrachadh le geoimeatraidh sònraichte (mar eisimpleir, ann an stiùireadh tonn) gu tric an urra ri meud sònraichte an geoimeatraidh a thathar a’ cleachdadh an coimeas ri tonn-tonn an tonn iomadachaidh.A bharrachd air an sin, anns a’ chiad sgrùdadh, gus cuideam nas fheàrr a thoirt air buaidh trast-thomhas D air iomadachadh an tonn fuaimneach tron ​​​​t-snàthad, bheachdaich sinn air tip còmhnard, a’ suidheachadh a’ cheàrn α = 90 °.Rè an sgrùdaidh seo, chaidh fad snàthad L a shuidheachadh aig 70 mm.
Air fige.Tha 6a a’ sealltainn an dian fuaim cuibheasach mar ghnìomh den pharamadair sgèile gun tomhas SD, ie D = λW/SD air a mheasadh ann an raon le radius de 10 mm stèidhichte air a’ mhullach snàthad co-fhreagarrach.Bidh am paramadair sgèileadh SD ag atharrachadh bho 2 gu 6, is e sin, bidh sinn a’ beachdachadh air luachan D eadar 7.5 mm agus 2.5 mm (aig f = 100 kHz).Tha an raon cuideachd a’ toirt a-steach luach àbhaisteach de 71 airson snàthadan meidigeach stàilinn.Mar a bhiodh dùil, tha trast-thomhas a-staigh an t-snàthad a’ toirt buaidh air dian an fhuaim a bhios an t-snàthad a’ sgaoileadh, le luach as àirde (1030 W/m2) a’ freagairt ri D = λW/3 (ie D = 5 mm) agus gluasad a’ dol sìos le lùghdachadh trast-thomhas.Bu chòir a thoirt fa-near gur e paramadair geoimeatrach a th’ ann an trast-thomhas D a bheir buaidh cuideachd air ionnsaigheachd inneal meidigeach, agus mar sin chan urrainnear an taobh riatanach seo a leigeil seachad nuair a thaghas tu an luach as fheàrr.Mar sin, ged a tha an lùghdachadh ann an D a’ tachairt mar thoradh air tar-chuir nas ìsle de dhian fuaimneach anns na figheagan, airson na sgrùdaidhean a leanas, tha an trast-thomhas D = λW/5, ie D = 3 mm (a rèir inbhe 11G71 aig f = 100 kHz) , air a mheas mar cho-rèiteachadh reusanta eadar sàrachadh inneal agus tar-chuir dian fuaim (cuibheasach timcheall air 450 W / m2).
Dìth cuibheasach an fhuaim a thèid a sgaoileadh le bàrr na snàthaid (air a mheas còmhnard), a rèir trast-thomhas a-staigh na snàthad (a), fad (b) agus ceàrn bevel α (c).Is e an fhaid ann an (a, c) 90 mm, agus is e an trast-thomhas ann an (b, c) 3 mm.
Is e an ath paramadair ri sgrùdadh fad an t-snàthad L. A rèir an sgrùdaidh cùise roimhe, tha sinn a’ beachdachadh air ceàrn oblique α = 90 ° agus tha an fhaid air a sgèileadh mar iomadachadh den tonn-tonn ann an uisge, ie beachdaich air L = SL λW .Tha am paramadair sgèile gun tomhas SL air atharrachadh bho 3 le 7, mar sin a’ toirt tuairmse air dian cuibheasach an fhuaim a thèid a sgaoileadh le bàrr na snàthaid anns an raon faid bho 4.5 gu 10.5 mm.Tha an raon seo a 'toirt a-steach luachan àbhaisteach airson snàthadan malairteach.Tha na toraidhean air an sealltainn ann am fige.6b, a’ sealltainn gu bheil buaidh mhòr aig fad an t-snàthad, L, air tar-chuir dian fuaim ann an clò.Gu sònraichte, le bhith a’ dèanamh an fheum as fheàrr den pharamadair seo bha e comasach an tar-chuir a leasachadh le timcheall air òrdugh meudachd.Gu dearbh, anns an raon faid sgrùdaichte, bidh an dian fuaim cuibheasach a’ gabhail os làimh ionadail aig a’ char as àirde de 3116 W/m2 aig SL = 4 (ie, L = 60 mm), agus am fear eile a’ freagairt ri SL = 6 (ie, L = 90 mm).
Às deidh dhuinn mion-sgrùdadh a dhèanamh air buaidh trast-thomhas agus fad an t-snàthad air iomadachadh ultrasound ann an geoimeatraidh siolandair, chuir sinn fòcas air buaidh ceàrn bevel air sgaoileadh dian fuaim ann an clò.Chaidh dian cuibheasach an fhuaim a thàinig bhon tip fiber a mheasadh mar ghnìomh na ceàrn α, ag atharrachadh a luach bho 10 ° (tip biorach) gu 90 ° (tip rèidh).Anns a 'chùis seo, b' e 20 mm radius a 'chruinne aonachaidh timcheall air bàrr an t-snàthad a chaidh a mheas, gus am biodh bàrr na snàthaid air a ghabhail a-steach don tomhas-lìonaidh bhon chuibheasachd airson a h-uile luach α.
Mar a chithear ann am fige.6c, nuair a tha am bàrr air a gheurachadh, is e sin, nuair a lùghdaicheas α a’ tòiseachadh bho 90 °, bidh dian an fhuaim tar-chuir ag àrdachadh, a’ ruighinn luach as àirde timcheall air 1.5 × 105 W / m2, a fhreagras ri α = 50 °, ie, 2 tha òrdugh meudachd nas àirde an coimeas ris an stàit chòmhnard.Le tuilleadh geur air a’ mhullach (ie, aig α fo 50 °), tha an dian fuaim buailteach a dhol sìos, a’ ruighinn luachan coimeasach ri bàrr rèidh.Ach, ged a bheachdaich sinn air raon farsaing de cheàrnan bevel airson ar samhlaidhean, is fhiach beachdachadh gu bheil e riatanach a bhith a 'geurachadh a' bhàrr gus an t-snàthad a chuir a-steach don inneal.Gu dearbh, faodaidh ceàrn bevel nas lugha (timcheall air 10 °) an fheachd 78 a tha riatanach airson a dhol a-steach do fhighe a lughdachadh.
A bharrachd air luach an dian-fuaim a tha air a ghluasad taobh a-staigh an inneal, tha an ceàrn bevel cuideachd a 'toirt buaidh air stiùireadh iomadachadh nan tonn, mar a chithear anns na grafaichean ìre cuideam fuaim a chithear ann am Fig. 7a (airson an tip rèidh) agus 3b (airson 10 ° ).tip beveled), co-shìnte Tha an treòrachadh fad-ùine air a mheasadh anns an itealan co-chothromachd (yz, cf. Fig. 5).Aig fìor cheann an dà bheachdachadh seo, tha an ìre cuideam fuaim (ris an canar 1 µPa) gu ìre mhòr stèidhichte taobh a-staigh an t-snàthaid (ie san uisge) agus air a rèididheachd a-steach don inneal.Nas mionaidiche, a thaobh tip còmhnard (Fig. 7a), tha cuairteachadh ìre cuideam fuaim gu tur co-chothromach a thaobh an t-slighe fhada, agus faodar tonnan seasamh aithneachadh anns an uisge a tha a’ lìonadh a’ chuirp.Tha an tonn air a stiùireadh gu fad-ùine (z-axis), tha an leud a 'ruigsinn an luach as àirde ann an uisge (mu 240 dB) agus a' lùghdachadh gu transverse, a tha a 'leantainn gu lùghdachadh de mu 20 dB aig astar 10 mm bho mheadhan na snàthaid.Mar a bhiodh dùil, tha toirt a-steach tip biorach (Fig. 7b) a’ briseadh a’ cho-chothromachd seo, agus tha antinodes nan tonnan seasmhach “a’ diùltadh ”a rèir bàrr na snàthaid.A rèir choltais, tha an neo-chunbhalachd seo a' toirt buaidh air dian rèididheachd bàrr na snàthaid, mar a chaidh a mhìneachadh na bu tràithe (Fig. 6c).Gus an taobh seo a thuigsinn nas fheàrr, chaidh an dian fuaimneach a mheasadh air loidhne gearraidh orthogonal gu slighe fada an t-snàthad, a bha suidhichte ann am plèana co-chothromachd an t-snàthad agus suidhichte aig astar 10 mm bho mhullach na snàthaid ( toraidhean ann am Figear 7c).Gu sònraichte, chaidh sgaoilidhean dian-fuaim a chaidh a mheasadh aig ceàrnan oblique 10 °, 20 ° agus 30 ° (loidhnichean cruaidh gorm, dearg is uaine, fa leth) a choimeas ris an cuairteachadh faisg air a’ cheann chòmhnard (cromagan dubha dubha).Tha coltas gu bheil an cuairteachadh dian co-cheangailte ri snàthadan còmhnard co-chothromach mu mheadhan na snàthaid.Gu sònraichte, tha e a 'gabhail a-steach luach mu 1420 W / m2 aig a' mheadhan, thar-shruth de mu 300 W / m2 aig astar ~ 8 mm, agus an uairsin a 'lùghdachadh gu luach mu 170 W / m2 aig ~ 30 mm .Mar a thig am bàrr gu bhith biorach, bidh an lobe sa mheadhan a’ roinn ann am barrachd lobes de dhian eadar-dhealaichte.Nas sònraichte, nuair a bha α 30 °, dh'fhaodadh trì bileagan a bhith air an comharrachadh gu soilleir anns a 'phròifil air a thomhas aig 1 mm bho mhullach na snàthaid.Tha am fear meadhanach cha mhòr ann am meadhan an t-snàthad agus tha luach measta de 1850 W / m2, agus tha an tè as àirde air an làimh dheis mu 19 mm bhon mheadhan agus a 'ruighinn 2625 W / m2.Aig α = 20 °, tha 2 phrìomh lobes: aon airson −12 mm aig 1785 W/m2 agus aon airson gach 14 mm aig 1524 W/m2.Nuair a dh'fhàsas am bàrr nas gèire agus an ceàrn a 'ruigsinn 10 °, ruigear 817 W / m2 aig a' char as àirde aig mu -20 mm, agus tha trì lobes eile de dhian beagan nas lugha rim faicinn air a 'phròifil.
Ìre cuideam fuaim ann am plèana co-chothromachd y–z de shnàthaid le ceann còmhnard (a) agus bevel 10 ° (b).(c) Cuairteachadh dian fuaimneach air a thomhas air loidhne gearraidh a tha ceart-cheàrnach ri slighe fada na snàthaid, aig astar 10 mm bho mhullach na snàthaid agus na laighe ann am plèana co-chothromachd yz.Tha fad L 70 mm agus trast-thomhas D 3 mm.
Air an toirt còmhla, tha na co-dhùnaidhean sin a’ sealltainn gum faodar snàthadan meidigeach a chleachdadh gu h-èifeachdach gus ultrasound aig 100 kHz a chuir a-steach gu clò bog.Tha dian an fhuaim a thèid a leigeil ma sgaoil an urra ri geoimeatraidh an t-snàthad agus faodar a mheudachadh (le ùmhlachd do na crìochan a chuirear an sàs le ionnsaigheachd an inneal deiridh) suas gu luachan anns an raon de 1000 W / m2 (aig 10 mm).air a chuir a-steach gu bonn an t-snàthad 1. Ma tha micrometer air a chothromachadh, thathas den bheachd gu bheil an snàthad air a chuir a-steach gu h-iomlan a-steach don stuth bog a tha a’ leudachadh gu neo-chrìochnach.Gu sònraichte, tha ceàrn bevel a ’toirt buaidh làidir air dian agus stiùireadh iomadachadh tonnan fuaim anns an inneal, a tha gu sònraichte a’ leantainn gu orthogonality gearradh tip na snàthaid.
Gus taic a thoirt do leasachadh ro-innleachdan làimhseachaidh tumhair ùra stèidhichte air cleachdadh dhòighean meidigeach neo-ionnsaigheach, chaidh iomadachadh ultrasound tricead ìosal ann an àrainneachd tumhair a sgrùdadh gu anailiseach agus gu àireamhachd.Gu sònraichte, anns a’ chiad phàirt den sgrùdadh, leig fuasgladh elastodynamic sealach leinn sgrùdadh a dhèanamh air sgapadh tonnan ultrasonic ann an spheroids tumhair cruaidh de mheud aithnichte agus stiffness gus sgrùdadh a dhèanamh air cugallachd tricead a’ mhullaich.An uairsin, chaidh triceadan òrdugh ceudan kilohertz a thaghadh, agus chaidh cleachdadh ionadail cuideam crathaidh ann an àrainneachd tumhair a ’cleachdadh draibhear snàthad meidigeach a mhodaladh ann an atharrais àireamhach le bhith a’ sgrùdadh buaidh nam prìomh pharamadairean dealbhaidh a tha a ’dearbhadh gluasad fuaimneach. cumhachd an ionnstramaid don àrainneachd.Tha na co-dhùnaidhean a’ sealltainn gum faodar snàthadan meidigeach a chleachdadh gu h-èifeachdach gus figheagan a ionradachadh le ultrasound, agus tha an dian a tha ceangailte gu dlùth ri paramadair geoimeatrach na snàthad, ris an canar an tonn-tonn fuaimneach obrach.Gu dearbh, tha an dian irradachadh tron ​​t-snàthaid a’ meudachadh le trast-thomhas a-staigh na snàthaid a’ sìor fhàs, a’ ruighinn an ìre as àirde nuair a tha an trast-thomhas trì tursan nas àirde na an tonn-tonn.Tha fad an t-snàthad cuideachd a 'toirt seachad beagan saorsa gus an nochd as fheàrr fhaighinn.Tha an toradh mu dheireadh gu dearbh air a mheudachadh nuair a tha fad an t-snàthad air a shuidheachadh gu iomadaidh sònraichte den tonn-tonn obrachaidh (gu sònraichte 4 agus 6).Gu inntinneach, airson an raon tricead ùidh, tha na luachan trast-thomhas agus faid as fheàrr faisg air an fheadhainn a thathas a’ cleachdadh gu cumanta airson snàthadan malairteach àbhaisteach.Bidh an ceàrn bevel, a bhios a ’dearbhadh cho geur sa tha an t-snàthad, cuideachd a’ toirt buaidh air an emissivity, a ’ruighinn àirde aig timcheall air 50 ° agus a’ toirt seachad deagh choileanadh aig timcheall air 10 °, a thathas a ’cleachdadh gu cumanta airson snàthadan malairteach..Thèid toraidhean atharrais a chleachdadh gus buileachadh agus optimization àrd-ùrlar breithneachaidh intraneedle an ospadail a stiùireadh, a bhith ag amalachadh ultrasound diagnostic agus teirpeach le fuasglaidhean teirpeach in-inneal eile agus a’ toirt gu buil eadar-theachdan leigheas mionaideach co-obrachail.
Koenig IR, Fuchs O, Hansen G, von Mutius E. agus Kopp MV Dè a th’ ann an leigheas mionaideach?Eur, cèin.Iris 50, 1700391 (2017).
Collins, FS agus Varmus, H. Iomairtean ùra ann an leigheas mionaideach.N. eng.J. Leigheas.372, 793–795 (2015).
Hsu, W., Markey, MK agus Wang, MD.Informatics Ìomhaigh Bith-mheidigeach ann an àm Leigheas Precision: Euchdan, Dùbhlain, agus Cothroman.Seum.leigheas.fios.Àrd-ollamh cuideachaidh.20(6), 1010–1013 (2013).
Garraway, LA, Verweij, J. & Ballman, KV Oncology mionaideach: lèirmheas.J. Clionaigeach.Oncol.31, 1803–1805 (2013).
Wiwatchaitawee, K., Quarterman, J., Geary, S., agus Salem, A. Leasachadh ann an leigheas glioblastoma (GBM) a 'cleachdadh siostam lìbhrigidh stèidhichte air nanoparticle.AAPS PharmSciTech 22, 71 (2021).
Aldape K, Zadeh G, Mansouri S, Reifenberger G agus von Daimling A. Glioblastoma: pathology, uidheamachdan moileciuil agus comharran.Neuropathology Acta.129(6), 829–848 (2015).
Bush, NAO, Chang, SM agus Berger, MS Ro-innleachdan làithreach agus san àm ri teachd airson làimhseachadh glioma.neur-lannsaireachd.Ed.40, 1–14 (2017).