مطالعه‌ی عددی دینامیک میکروحباب تحت امواج مافوق‌ صوت و تاثیر آن بر فرسایش حرارتی بافت زیستی

Abstract

امواج مافوق صوت متمرکز شدت‌بالا یا به‌طور اختصار هایفو روشی غیرتهاجمی است که کاربردهای درمانی فراوانی را در اختیار پزشکان قرار می‌دهد. یکی از روش‌های افزایش بهره‌وری هایفو، استفاده از ماده‌ی حاجب لوویست است که از میکروحباب‌ها تشکیل شده‌است. در این مطالعه ابتدا میدان فشار هایفو از معادله‌ی هلمهولتز برای انتشار خطی امواج مافوق صوت مشخص می‌شود. پس از تعیین فشار ایجادشده، اثرات گرمایی ناشی از تزریق میکروحباب از طریق معادله‌ی کلر-مکسس محاسبه می‌گردد. برای بررسی توزیع دما در بافت از معادله‌ی انتقال حرارت زیستی پنس استفاده شده‌است. نتایج شبیه‌سازی حاضر نشان می‌دهد که در حضور میکروحباب تحت تاثیر میدان فشار هایفو، افزایش بسامد و توان اعمالی باعث افزایش مقدار منابع گرمایی ناشی از نوسان میکروحباب می‌شود. تاثیر تزریق میکروحباب در افزایش دمای بافت زیستی به‌طرز چشم‌گیری محسوس است. در دامنه‌ی فشار 2/54 مگاپاسکال، دمای بافت در نقطه‌ی کانونی، برای حالتی که میکروحباب با شعاع اولیه‌ی 50 میکرومتر تزریق می‌گردد، 8/28 درجه‌ی سانتی‌گراد افزایش می‌یابد. در صورتی که با تزریق میکروحباب با شعاع اولیه‌ی 2 میکرومتر دمای بافت 57/72 درصد بیشتر از حالت قبل افزایش پیدا می‌کند. این در حالی است که دمای این نقطه در شرایط مشابه در غیاب میکروحباب، تنها 5/42 درجه‌ی سانتی‌گراد افزایش می‌یافت. در نهایت مدل آرنیوس نشان داد که حضور میکروحباب با شعاع‌های اولیه‌ی مختلف باعث افزایش حجم بافت‌مردگی تا حدود 38 درصد شده‌است.