Mahalo no kou kipa ʻana iā Nature.com.Ke hoʻohana nei ʻoe i kahi polokalamu kele pūnaewele me ke kākoʻo CSS palena ʻole.No ka ʻike maikaʻi loa, manaʻo mākou e hoʻohana i kahi polokalamu kele pūnaewele hou (a i ʻole e hoʻopau i ke ʻano Compatibility Mode ma Internet Explorer).Eia kekahi, e hōʻoia i ke kākoʻo mau, hōʻike mākou i ka pūnaewele me ka ʻole o nā styles a me JavaScript.
ʻO nā slider e hōʻike ana i ʻekolu ʻatikala ma kēlā me kēia paheʻe.E hoʻohana i nā pihi hope a i hope no ka neʻe ʻana i nā paheʻe, a i ʻole nā ​​pihi hoʻokele paheʻe ma ka hopena e neʻe i kēlā me kēia paheʻe.
Ma muli o ka interdisciplinary intersection o ka physics a me ka ʻepekema ola, ʻo ka diagnostic a me nā hoʻolālā therapeutic e pili ana i ka lāʻau lapaʻau pololei i hoʻopaʻa nui ʻia ma muli o ka hoʻohana pono ʻana o nā ʻano hana ʻenekinia hou i nā ʻano lāʻau lapaʻau, ʻoi loa i ka oncology.I loko o kēia kaʻina hana, ʻo ka hoʻohana ʻana i ka ultrasound e hoʻouka i nā pūnaewele maʻi maʻi i loko o nā ʻōpū i mea e hoʻopilikia ai i ka mechanical ma nā unahi like ʻole ke huki nei i ka manaʻo nui mai nā ʻepekema a puni ka honua.Ma ka noʻonoʻo ʻana i kēia mau mea, e pili ana i nā hāʻina manawa elastodynamic a me nā simulation helu, ke hōʻike nei mākou i kahi noiʻi mua o ka hoʻohālikelike kamepiula o ka hoʻolaha ʻana o ka ultrasound i loko o nā kiko i mea e koho ai i nā alapine kūpono a me nā mana e ka irradiation kūloko.ʻO ka paepae diagnostic hou no ka ʻenehana On-Fiber, i kapa ʻia ʻo ka nila halemai a ua patent ʻia.Manaʻo ʻia ʻo nā hopena o ka loiloi a me nā ʻike biophysical e pili ana i hiki ke wehe i ke ala no ka hoʻohui hou ʻana i nā diagnostics a me ka therapeutic approaches e hiki ai ke pāʻani i ke kuleana koʻikoʻi i ka hoʻohana ʻana i ka lāʻau lapaʻau pololei i ka wā e hiki mai ana, e kiʻi ana mai nā kahua o ka physics.Ke hoʻomaka nei ka hui ʻana ma waena o ka biology.
Me ka hoʻonui ʻana i ka nui o nā noi lapaʻau, ua hoʻomaka ka pono e hōʻemi i nā hopena ʻaoʻao i nā mea maʻi.I kēia hopena, ua lilo ka lāʻau lapaʻau pololei 1, 2, 3, 4, 5 i pahuhopu hoʻolālā e hōʻemi i ka nui o nā lāʻau i hāʻawi ʻia i nā maʻi, ma muli o ʻelua mau ala nui.Hoʻokumu ʻia ka mea mua ma kahi lapaʻau i hoʻolālā ʻia e like me ka genomic profile o ka mea maʻi.ʻO ka lua, ke lilo nei i kumu gula ma ka oncology, ke manaʻo nei e pale i nā kaʻina hana hoʻopuka lāʻau ma ka hoʻāʻo ʻana e hoʻokuʻu i kahi liʻiliʻi o ka lāʻau lapaʻau, ʻoiai i ka manawa like e hoʻonui ai i ka pololei ma o ka hoʻohana ʻana i ka lāʻau lapaʻau kūloko.ʻO ka pahuhopu nui ka hoʻopau ʻana a i ʻole ka liʻiliʻi e hōʻemi i nā hopena maikaʻi ʻole o nā ala lapaʻau he nui, e like me ka chemotherapy a i ʻole ka hoʻokele pūnaewele o radionuclides.Ma muli o ke ʻano o ka maʻi kanesa, ka wahi, ka nui o ka radiation, a me nā mea ʻē aʻe, hiki i ka lāʻau lapaʻau ke loaʻa i kahi pilikia kūlohelohe i ka ʻiʻo olakino.I ka mālama ʻana i ka glioblastoma6,7,8,9 ʻokiʻoki e hoʻopau i ka maʻi maʻi maʻi, akā inā ʻaʻole i loaʻa nā metastases, hiki ke loaʻa nā infiltrates liʻiliʻi liʻiliʻi.Inā ʻaʻole lākou e hoʻopau loa ʻia, hiki ke ulu aʻe nā maʻi kanesa hou i loko o kahi manawa pōkole.Ma kēia pōʻaiapili, paʻakikī ka hoʻohana ʻana i nā hoʻolālā lāʻau pololei i ʻōlelo ʻia no ka mea paʻakikī kēia mau infiltrates e ʻike a palahalaha ma kahi ākea.ʻO kēia mau mea pale e pale i nā hopena paʻa i ka pale ʻana i ka hoʻi hou ʻana me ka lāʻau lapaʻau pololei, no laila ʻoi aku ka maikaʻi o nā ala hoʻopuka pūnaewele i kekahi mau hihia, ʻoiai ʻo nā lāʻau i hoʻohana ʻia he kiʻekiʻe kiʻekiʻe o ka ʻona.No ka lanakila ʻana i kēia pilikia, ʻo ke ala lapaʻau maikaʻi loa ʻo ia ka hoʻohana ʻana i nā hoʻolālā liʻiliʻi invasive e hiki ke hoʻouka i nā maʻi maʻi maʻi me ka ʻole o ka pili ʻana i ka ʻiʻo olakino.Ma muli o kēia hoʻopaʻapaʻa, ʻokoʻa ka hoʻohana ʻana i nā haʻalulu kani ultrasonic, i hōʻike ʻia e pili ana i ka maʻi kanesa a me nā cell olakino, ma nā ʻōnaehana unicellular a me nā pūʻulu heterogeneous mesoscale, e like me ka hopena hiki.
Mai kahi mechanistic o ka nānā ʻana, ʻokoʻa nā alapine resonant kūlohelohe maoli a me nā cell cancerous.ʻO kēia waiwai e pili ana i nā hoʻololi oncogenic i nā mea mechanical o ka cytoskeletal structure o nā maʻi maʻi maʻi 12,13, aʻo nā pūnaewele tumora, ma ka awelika, ʻoi aku ka deformable ma mua o nā cell maʻamau.No laila, me kahi koho maikaʻi loa o ke alapine ultrasound no ka hoʻoulu ʻana, hiki i nā haʻalulu i hoʻokomo ʻia i nā wahi i koho ʻia ke hoʻopōʻino i nā hale cancerous ola, e hōʻemi ana i ka hopena i ka nohona olakino o ka mea hoʻokipa.Hiki i kēia mau hopena i hoʻomaopopo ʻole ʻia i ka luku ʻia ʻana o kekahi mau mea hoʻolālā kelepona ma muli o nā haʻalulu kiʻekiʻe i hoʻokomo ʻia e ka ultrasound (ma ke ʻano he like loa me ka lithotripsy14) a me ka pōʻino kelepona ma muli o kahi ʻano like me ka luhi mechanical, a laila hiki ke hoʻololi i ke ʻano o ke kelepona. .papahana a me mechanobiology.ʻOiai he mea kūpono loa kēia ʻano hoʻonā, akā naʻe, ʻaʻole hiki ke hoʻohana ʻia i nā hihia kahi anechoic biological structures e pale ai i ka noi pololei ʻana o ka ultrasound, no ka laʻana, i nā noi intracranial ma muli o ka loaʻa ʻana o ka iwi, a aia kekahi mau umauma maʻi maʻi i loko o adipose. kikokiko.Hiki i ka attenuation ke kaupalena i ke kahua o ka hopena therapeutic.No ka lanakila ʻana i kēia mau pilikia, pono e hoʻopili ʻia ka ultrasound ma ka ʻāina me nā transducers i hoʻolālā ʻia e hiki ke hōʻea i ka pūnaewele irradiated me ka liʻiliʻi o ka invasive.Me kēia noʻonoʻo, ua noʻonoʻo mākou i ka hiki ke hoʻohana i nā manaʻo e pili ana i ka hiki ke hana i kahi kahua ʻenehana hou i kapa ʻia ʻo "needle hospital"15.ʻO ka manaʻo "Hospital in the Needle" e pili ana i ka hoʻomohala ʻana i kahi mea lapaʻau liʻiliʻi liʻiliʻi no ka diagnostic a me nā noi therapeutic, e pili ana i ka hui ʻana o nā hana like ʻole i hoʻokahi nila lāʻau lapaʻau.E like me ka mea i kūkākūkā nui ʻia ma ka ʻaoʻao ʻo Hospital Needle, ua hoʻokumu mua ʻia kēia hāmeʻa compact i nā pono o 16, 17, 18, 19, 20, 21 fiber optic probes, ma muli o kā lākou mau hiʻohiʻona, kūpono no ka hoʻokomo ʻana i ka maʻamau 20. nā nila lapaʻau, 22 lumens.Ke hoʻohana nei i ka maʻalahi i hāʻawi ʻia e ka ʻenehana Lab-on-Fiber (LOF) 23, ke lilo nei ka fiber i kahua kūʻokoʻa no ka liʻiliʻi a mākaukau hoʻi e hoʻohana i nā mea diagnostic a me nā mea lapaʻau, me ka biopsy wai a me nā mea biopsy kiko.i biomolecular detection24,25, malamalama-alakaʻi kūloko lāʻau delivery26,27, kiʻekiʻe-precision kūloko ultrasound imaging28, thermal therapy29,30 a me spectroscopy-ma muli maʻi 'aʻai identification31.I loko o kēia manaʻo, me ka hoʻohana ʻana i kahi ʻano localization e pili ana i ka mea "needle in the hospital", ke noiʻi nei mākou i ka hiki ke hoʻonui i ka hoʻoulu ʻana i ka kūloko o nā hale noho ola ma o ka hoʻohana ʻana i ka hoʻolaha ʻana o nā hawewe ultrasound ma o nā nila e hoʻonāukiuki i nā hawewe ultrasound i loko o ka wahi hoihoi..No laila, hiki ke hoʻopili pololei i ka ultrasound therapeutic haʻahaʻa haʻahaʻa i ka wahi pilikia me ka liʻiliʻi o ka invasiveness no nā cell sonicating a me nā hoʻokumu paʻa liʻiliʻi i loko o nā ʻiʻo palupalu, e like me ke ʻano o ka ʻoki intracranial i ʻōlelo ʻia ma mua, pono e hoʻokomo ʻia kahi puka liʻiliʻi i loko o ke poʻo. nilala.Hoʻoulu ʻia e nā hopena theoretical a me nā hopena hoʻokolohua hou e hōʻike ana e hiki i ka ultrasound ke hoʻōki a hoʻopaneʻe paha i ka ulu ʻana o kekahi mau maʻi maʻi maʻi, 32,33,34 hiki ke kōkua i ke ala i manaʻo ʻia e hoʻoponopono, ma ka liʻiliʻi loa, nā kālepa koʻikoʻi ma waena o nā hopena aggressive a curative.Me kēia mau noʻonoʻo i ka manaʻo, ma ka pepa o kēia manawa, ke noiʻi nei mākou i ka hiki ke hoʻohana ʻana i kahi mea pono i loko o ka hale maʻi no ka liʻiliʻi invasive ultrasound therapy no ka maʻi kanesa.More precisely, ma ka Scattering Analysis of Spherical Tumor Masses for Estimating Growth-Dependent Ultrasound Frequency pauku, mākou hoʻohana pono-hoʻokumu elastodynamic hana a me ka acoustic hoopuehu theory e wānana i ka nui o spherical paʻa maʻi koko ulu i loko o ka elastic medium.ʻoʻoleʻa i loaʻa ma waena o ka ʻōpū a me ka ʻiʻo hoʻokipa ma muli o ka hoʻoponopono hou ʻana o ka mea.Ma hope o ka wehewehe ʻana i kā mākou ʻōnaehana, ka mea i kapa ʻia ʻo "Hospital in the Needle" ʻāpana, ma ka ʻāpana "Hospital in the Needle", ke kālailai mākou i ka hoʻolaha ʻana o nā hawewe kani ultrasonic ma o nā nila lapaʻau i nā alapine i wānana ʻia a hoʻomālamalama kā lākou helu helu i ke kaiapuni e aʻo ai. nā ʻāpana geometric nui (ke anawaena maoli o loko, ka lōʻihi a me ka ʻoi o ka nila), e pili ana i ka lawe ʻana i ka mana acoustic o ka mea kani.Hāʻawi ʻia i ka pono e hoʻomohala i nā hoʻolālā ʻenekinia hou no ka lāʻau lapaʻau pololei, manaʻo ʻia hiki i ka noiʻi noiʻi ke kōkua i ka hoʻomohala ʻana i kahi mea hana hou no ka mālama ʻana i ka maʻi maʻi e pili ana i ka hoʻohana ʻana i ka ultrasound i hāʻawi ʻia ma o kahi kahua theragnostic i hoʻohui ʻia e hoʻohui i ka ultrasound me nā hopena ʻē aʻe.Hoʻohui ʻia, e like me ka hāʻawi ʻana i ka lāʻau lapaʻau i manaʻo ʻia a me nā diagnostics manawa maoli i loko o ka nila hoʻokahi.
ʻO ka maikaʻi o ka hāʻawi ʻana i nā hoʻolālā mechanistic no ka mālama ʻana i nā ʻōpū paʻa kūloko me ka hoʻohana ʻana i ka ultrasonic (ultrasound) stimulation ka pahuhopu o kekahi mau pepa e pili ana i ka theoretically a me ka hoʻokolohua me ka hopena o ka haʻahaʻa haʻahaʻa ultrasonic vibrations ma nā ʻōnaehana pūnaewele hoʻokahi 10, 11, 12 .Hōʻike kēia hopena, ma ke kumu, hiki ke hoʻouka ʻia nā cell tumor e nā mea hoʻoikaika mechanical e mālama ai i ke kaiapuni hoʻokipa.He hopena pololei kēia ʻano o nā hōʻike koʻikoʻi, i ka hapanui o nā hihia, ʻoi aku ka malleable o nā cell tumor ma mua o nā cell olakino, hiki ke hoʻonui i ko lākou hiki ke hoʻonui a neʻe37,38,39,40.Ma muli o nā hualoaʻa i loaʻa me nā hoʻohālike kelepona hoʻokahi, e laʻa me ka microscale, ua hōʻike pū ʻia ke koho ʻana o nā cell cancer ma ka mesoscale ma o nā haʻawina helu o nā pane harmonic o nā ʻāpana cell heterogeneous.Hāʻawi i kahi pākēneka ʻokoʻa o nā pūnaewele maʻi maʻi a me nā pūnaewele olakino, ua kūkulu ʻia nā hui multicellular he mau haneli micrometers i ka nui.Ma ka mesolevel o kēia mau hōʻuluʻulu, mālama ʻia kekahi mau hiʻohiʻona microscopic o ka hoihoi ma muli o ka hoʻokō pololei ʻana o nā mea hana nui e hōʻike ana i ka ʻano mechanical o nā cell hoʻokahi.Ma keʻano kūikawā, hoʻohana kēlā me kēia cell i kahi hoʻolālā e pili ana i ka tensegrity e hoʻohālike i ka pane o nā ʻano cytoskeletal prestressed, a laila e hoʻopili ai i kā lākou stiffness holoʻokoʻa12,13.ʻO nā wanana theoretical a me nā hoʻokolohua in vitro o nā palapala ma luna aʻe ua hāʻawi i nā hopena hoʻoikaika, e hōʻike ana i ka pono e aʻo i ka naʻau o ka nui o ka maʻi maʻi i ka haʻahaʻa haʻahaʻa therapeutic ultrasound (LITUS), a he mea koʻikoʻi ka loiloi o ka pinepine o ka irradiation o ka nui o ka maʻi.kūlana LITUS no ka noi ma ka pūnaewele.
Eia nō naʻe, ma ka pae kiko, ua nalowale ka wehewehe submacroscopic o kēlā me kēia ʻāpana, a hiki ke ʻimi ʻia nā waiwai o ka ʻiʻo tumo me ka hoʻohana ʻana i nā ʻano kaʻina e nānā ai i ka ulu nui a me nā kaʻina hana hoʻihoʻi i hoʻoikaika ʻia, me ka noʻonoʻo i nā hopena macroscopic o ulu ana.- hoʻololi i ka elasticity o ke kino ma kahi pālākiō o 41.42.ʻOiaʻiʻo, ʻaʻole like me ka unicellular a me nā ʻōnaehana aggregate, ulu ka nui o ka maʻi maʻi i loko o nā ʻiʻo palupalu ma muli o ka hōʻiliʻili ʻana o nā koina koena aberrant, kahi e hoʻololi ai i nā waiwai mechanical kūlohelohe ma muli o ka piʻi ʻana o ka rigidity intratumoral holoʻokoʻa, a lilo pinepine ka sclerosis tumor i mea hoʻoholo i loko. ʻike ʻana i ka tumora.
Me kēia mau noʻonoʻo i ka noʻonoʻo, ma aneʻi mākou e loiloi i ka pane sonodynamic o nā spheroids tumo i hoʻohālikelike ʻia e like me nā elastic spherical inclusions e ulu ana i kahi kaiapuni maʻamau.ʻOi aku ka pololei, ua hoʻoholo ʻia nā waiwai elastic e pili ana i ke kahua o ka ʻōpū ma muli o nā hopena theoretical a me nā hoʻokolohua i loaʻa e kekahi mau mea kākau ma ka hana mua.Ma waena o lākou, ua aʻo ʻia ka evolution o nā spheroids tumo paʻa i ulu i loko o ka vivo i ka media heterogeneous ma o ka hoʻohana ʻana i nā hiʻohiʻona mechanical non-linear 41,43,44 i hui pū ʻia me nā interspecies dynamics e wānana i ka ulu ʻana o ka nui o ka tumora a me ke kaumaha intratumoral pili.E like me ka mea i ʻōlelo ʻia ma luna nei, ʻo ka ulu ʻana (e laʻa, inelastic prestretching) a me ke koena o ke koʻikoʻi ke kumu o ka hoʻoponopono hou ʻana i nā waiwai o ka mea tumo, a laila hoʻololi pū i kāna pane acoustic.He mea nui e hoʻomaopopo i ka ref.41 ua hōʻike ʻia ka co-evolution o ka ulu ʻana a me ke koʻikoʻi paʻa i nā ʻōpū ma nā hoʻokolohua hoʻokolohua i nā ʻano holoholona.ʻO ka mea nui, ʻo ka hoʻohālikelike ʻana i ka ʻoʻoleʻa o ka nui o ka umauma maʻi maʻi i hoʻokaʻawale ʻia i nā pae like ʻole me ka ʻoʻoleʻa i loaʻa ma ka hana hou ʻana i nā kūlana like i loko o ka silico ma kahi kumu hoʻohālike spherical finite element me nā ana like a me ka noʻonoʻo ʻana i ke kahua koʻikoʻi koʻikoʻi wānana i hōʻoia i ke ʻano i manaʻo ʻia. kumu hoʻohālike..Ma kēia hana, hoʻohana ʻia nā hopena theoretical a me nā hopena hoʻokolohua e hoʻomohala i kahi hoʻolālā therapeutic hou.ʻO ka mea nui, ua helu ʻia ma ʻaneʻi nā nui i wānana ʻia me nā waiwai kūʻē evolutionary e pili ana, no laila i hoʻohana ʻia no ka hoʻohālikelike ʻana i nā pae alapine i ʻoi aku ka maʻalahi o ka nui o ka maʻi maʻi i hoʻokomo ʻia i loko o ke kaiapuni.No kēia hopena, ua noiʻi mākou i ka ʻano ikaika o ka nui o ka tumora ma nā pae like ʻole, i lawe ʻia i nā pae like ʻole, me ka noʻonoʻo ʻana i nā hōʻailona acoustic e like me ke kumu i ʻae ʻia o ka hoʻopuehu ʻana i ka pane ʻana i nā mea hoʻoulu ultrasonic a me ka hōʻike ʻana i nā hanana resonant o ka spheroid. .ma muli o ka ma'i 'a'ai a me ka mea ho'okipa.
No laila, ua hoʻohālike ʻia ka nui o ka maʻi maʻi e like me nā pōʻai elastic o ka radius \(a\) i loko o ke kaiapuni elastic a puni o ka mea hoʻokipa ma muli o ka ʻikepili hoʻokolohua e hōʻike ana i ka ulu ʻana o nā hale ʻino nui ma ke kahua ma nā ʻano pōʻai.E pili ana i ke Kii 1, me ka hoohana ana i na kookoo spherical \(\{ r,\theta ,\varphi \}\) (kahi o \(\theta\) a me \(\varphi\) e hoike ana i ka huina anomaly a me ka huina azimuth). noho ʻia ka ʻāina maʻi maʻi ma ka ʻāpana i hoʻokomo ʻia i loko o ka lumi olakino \({\ mathcal {V}}_{T}=\{ (r,\theta ,\varphi ):r\le a\}\) māhele palena ʻole \({\mathcal { V} }_{H} = \{ (r,\theta,\varphi):r > a\}\).E pili ana i ka ʻIke Hoʻohui (SI) no ka wehewehe piha ʻana i ke kumu hoʻohālike makemakika e pili ana i ke kumu elastodynamic i hoʻokumu ʻia i hōʻike ʻia ma nā palapala he nui45,46,47,48, manaʻo mākou ma aneʻi he pilikia i hōʻike ʻia e ke ʻano oscillation axisymmetric.Hōʻike kēia manaʻo he kūʻokoʻa nā mea hoʻololi āpau i loko o ka ʻōpū a me nā wahi olakino mai ka azimuthal coordinate \(\varphi\) a ʻaʻole hiki ke hoʻololi i kēia ala.No laila, hiki ke loaʻa ka neʻe ʻana a me ke koʻikoʻi mai ʻelua mau kaha scalar \(\phi = \hat{\phi}\left( {r,\theta} \right)e^{{ – i \omega {\kern 1pt } t }}\) a me \(\chi = \hat{\chi }\left( {r,\theta } \right)e^{{ – i\omega {\kern 1pt} t }}\) , lakou. pili me ka nalu longitudinal a me ka nalu shear, ka manawa like t ma waena o ka piʻi ʻana \(\theta \) a me ka huina ma waena o ka ʻaoʻao o ka nalu hanana a me ka vector kūlana \({\mathbf {x))\) ( e like me ka hoike ana ma ke kii 1) a me \(\omega = 2\pi f\) e hoike ana i ke alapine angular.ʻO ka mea nui, ua hoʻohālike ʻia ke kahua hanana e ka nalu mokulele \(\phi_{H}^{(in)}\) (i hoʻokomo pū ʻia ma ka ʻōnaehana SI, ma ka hoohalike (A.9)) e hoʻolaha ana i ka leo o ke kino. e like me ka olelo kanawai
ma kahi o \(\phi_{0}\) ka palena amplitude.ʻO ka hoʻonui spherical o kahi hawewe mokulele hanana (1) me ka hoʻohana ʻana i ka hana hawewe spherical ʻo ia ka hoʻopaʻapaʻa maʻamau:
Aia ka \(j_{n}\) ka hana spherical Bessel o ke ano mua \(n\), a o \(P_{n}\) ka polynomial Legendre.Hoʻopuehu ʻia ka ʻāpana o ka nalu hanana o ka pōʻai hoʻopukapuka i ke kikowaena a puni a uhi i ke kahua hanana, ʻoiai ʻo kekahi ʻāpana i hoʻopuehu ʻia i loko o ka pōʻai, e hāʻawi ana i kona haʻalulu.No ka hana ʻana i kēia, ʻo nā hāʻina harmonic o ka hawewe nalu \(\nabla^{2} \hat{\phi } + k_{1}^{2} {\mkern 1mu} \hat{\phi } = 0\,\ ) a me \ (\ nabla^{2} {\mkern 1mu} \hat{\chi } + k_{2}^{2} \hat{\chi } = 0\), i hāʻawi ʻia ma ka laʻana e Eringen45 (e nānā pū i ka SI. ) hiki ke hōʻike i ka ʻōpū a me nā wahi olakino.ʻO ka mea nui, ʻae ʻia nā hawewe hoʻonui i hoʻopuehu ʻia a me nā nalu isovolumic i hoʻokumu ʻia i loko o ka mea hoʻokipa \(H\) i ko lākou mau ikehu kūpono.
Ma waena o lākou, ua hoʻohana ʻia ka hana spherical Hankel o ke ʻano mua \(h_{n}^{(1)}\) e noʻonoʻo i ka hawewe lele i waho, a me \(\alpha_{n}\) a me \(\beta_{ n}\ ) ka heluna ike ole.ma ka hoohalike.Ma nā hoohalike (2)–(4), ʻo nā huaʻōlelo \(k_{H1}\) a me \(k_{H2}\) e hōʻike ana i nā helu nalu o ka rarefaction a me nā hawewe transverse ma ka ʻāpana nui o ke kino, kēlā me kēia ( nana SI).Loaʻa ke ʻano o nā kahua hoʻoemi i loko o ka ʻōpū a me nā hoʻololi
Ma kahi o \(k_{T1}\) a me \(k_{T2}\) e hōʻike ana i nā helu hawewe longitudinal a transverse i loko o ka ʻāpana tumo, a ʻo nā coefficient ʻike ʻole ʻia ʻo \(\gamma_{n} {\mkern 1mu}\) , \(\ eta_{n} {\mkern 1mu}\).Ma muli o kēia mau hopena, ʻo nā ʻāpana radial ʻole a me nā ʻāpana hoʻoneʻe pōʻai he ʻano o nā wahi olakino i ka pilikia e noʻonoʻo ʻia nei, e like me \(u_{Hr}\) a me \(u_{H\theta}\) (\(u_{ H\ varphi }\ ) ʻaʻole pono hou ka manaʻo symmetry) — hiki ke loaʻa mai ka pilina \(u_{Hr} = \partial_{r} \left( {\phi + \partial_{r} (r\chi ) } \akau) + k_}^{2 } {\mkern 1mu} r\chi\) a me \(u_{H\theta} = r^{- 1} \partial_{\theta} \hema({\phi + \ ʻāpana_{r } ( r\chi ) } \ ʻākau)\) ma ka hana ʻana i \(\phi = \phi_{H}^{(in)} + \phi_{H}^{(s)}\) a me \ (\chi = \chi_ {H}^ {(s)}\) (e nānā i ka SI no ka hoʻopuka makemakika kikoʻī).Pēlā hoʻi, e hoʻihoʻi ana i ka \(\phi = \phi_{T}^{(s)}\) a me \(\chi = \chi_{T}^{(s)}\) {Tr} = \partial_{r} \hema( {\phi + \partial_{r} (r\chi)} \akau) + k_{T2}^{2} {\mkern 1mu} r\chi\) a me \(u_{T\theta} = r^{-1}\'āpana _{\theta }\hema({\phi +\partial_{r}(r\chi)}\'ākau)\).
(Left) Geometry o ka spherical tumor i ulu i loko o ke ola kino kahi e laha ai ke kahua hanana, (akau) E like me ka hooulu ana o ka ratio stiffness tumor-host ma ke ano he hana o ka radius tumor, i hoikeia mai ka ikepili (i hoololiia mai Carotenuto et al. 41) mai loko mai o nā ho'āʻo hoʻopaʻa ʻana i loaʻa mai ka vitro mai nā maʻi maʻi umauma paʻa i hoʻopaʻa ʻia me nā cell MDA-MB-231.
I ka manaʻo ʻana i nā mea elastika laina a me nā mea isotropic, ʻo nā ʻāpana koʻikoʻi ʻole ʻole i loko o nā ʻāpana olakino a me ka ʻōpū, ʻo ia hoʻi \(\sigma_{Hpq}\) a me \(\sigma_{Tpq}\) – e hoʻolohe i ke kānāwai Hooke maʻamau, ʻoiai aia ma laila. he mau Lamé moduli ʻokoʻa, ka mea e ʻike ai i ka host a me ka elasticity tumo, i kapa ʻia ʻo \(\{ \mu_{H},\,\lambda_{H} \}\) a me \(\{ \mu_{T},\, \lambda_ {T} \ }\) (e nānā i ka Equation (A.11) no ka hōʻike piha ʻana o nā ʻāpana koʻikoʻi i hōʻike ʻia ma SI).Ma keʻano kūikawā, e like me ka ʻikepili ma ka reference 41 a hōʻike ʻia ma ka Figure 1, ʻo ka ulu ʻana o nā maʻi maʻi i hōʻike i ka loli i nā mea elasticity mau.No laila, ua hoʻoholo piha ʻia nā neʻe ʻana a me nā koʻikoʻi i loko o ka pūʻali a me nā ʻāpana ʻōpū a hiki i kahi pūʻulu o nā mea mau ʻike ʻole ʻia \({{ \varvec{\upxi}}}}_{n} = \{ \ alpha_{n} ,{\mkern 1mu } \ beta_{ n} {\mkern 1mu} \gamma_{n} ,\eta_{n} \}\ ) loaʻa nā ana palena ʻole.No ka ʻike ʻana i kēia mau vector coefficient, hoʻolauna ʻia nā pilina kūpono a me nā kūlana palena ma waena o ka ʻōpū a me nā wahi olakino.Ke manaʻo nei ʻo ka hoʻopaʻa paʻa pono ʻana i ka interface tumor-host \(r = a\), pono ka hoʻomau ʻana o nā neʻe ʻana a me nā koʻikoʻi i kēia mau kūlana:
Hoʻokumu ka ʻōnaehana (7) i ʻōnaehana o nā hoohalike me nā hāʻina pau ʻole.Eia hou, e pili ana kēlā me kēia palena palena i ka anomaly \(\theta\).No ka ho'ēmi i ka pilikia waiwai palena i ka pilikia algebraic piha me \(N\) pūʻulu o nā ʻōnaehana pani, aia kēlā me kēia i ka ʻike ʻole \({{\varvec{\upxi}}}}_{n} = \{ \ alpha_ {n},{ \mkern 1mu} \beta_{n} {\mkern 1mu} \gamma_{n}, \eta_{n} \}_{n = 0,…,N}\) (me \ ( N \ i \infty \), theoretically), a no ka hoʻopau ʻana i ka hilinaʻi ʻana o nā hoohalike ma nā huaʻōlelo trigonometric, ua kākau ʻia nā kūlana interface ma kahi ʻano nāwaliwali me ka hoʻohana ʻana i ka orthogonality o nā polynomial Legendre.ʻO ka mea nui, ua hoʻonui ʻia ka hoohalike (7)1,2 a me (7)3,4 me ka \(P_{n} \left( {\cos \theta} \right)\) a me \(P_{n}^{ 1} \ hema ( { \cos\theta}\'ākau)\) a laila hoʻohui i waena o \(0\) a me \(\pi\) me ka hoʻohana ʻana i nā ʻike makemakika:
No laila, hoʻihoʻi ke kūlana hoʻohālikelike (7) i kahi ʻōnaehana hoʻohālikelike algebraic quadratic, hiki ke hōʻike ʻia ma ke ʻano matrix e like me \({\mathbb{D}}_{n} (a) \cdot {{\varvec{\upxi }} } _{ n} = {\mathbf{q}}_{n} (a)\) a loaa ka \({{\varvec{\upxi}}}}_{n}\ ) i ike ole ia ma ka hooponopono ana i ka rula o Cramer.
No ka hoʻohālikelike ʻana i ka lele ʻana o ka ikehu i hoʻopuehu ʻia e ka pōʻai a loaʻa i ka ʻike e pili ana i kāna pane acoustic ma muli o ka ʻikepili ma ke kahua hoʻopuehu e hoʻolaha ana i ka mea hoʻokipa, ʻo ka nui acoustic o ka hoihoi, ʻo ia ka maʻamau bistatic scattering cross section.ʻO ka mea nui, ʻo ka ʻāpana keʻa hoʻopuehu, hōʻike ʻia \(s), hōʻike i ka ratio ma waena o ka mana acoustic i lawe ʻia e ka hōʻailona hoʻopuehu a me ka māhele o ka ikehu i lawe ʻia e ka nalu hanana.Ma kēia mea, ʻo ka nui o ka hana hoʻohālike \(\left| {F_{\infty} \left(\theta \right)} \right|^{2}\) he mea hoʻohana pinepine ʻia i ke aʻo ʻana i nā mīkini kani. hoʻokomo ʻia i loko o kahi wai a paʻa paha Ka hoʻopuehu ʻana o nā mea i loko o ka sediment.ʻO ka ʻoi aku ka pololei, ua wehewehe ʻia ka amplitude o ka hana hoʻohālikelike e like me ka ʻokoʻa o ka hoʻopuehu ʻokoʻa ʻokoʻa \(ds\) no kēlā me kēia ʻāpana, ʻokoʻa ia e ka mea maʻamau i ke kuhikuhi o ka hoʻolaha ʻana o ka nalu hanana.
kahi \(f_{n}^{pp}\) a me \(f_{n}^{ps}\) e hōʻike ana i ka hana modal, e pili ana i ka ratio o nā mana o ka nalu longitudinal a me ka nalu ʻōpuʻu e pili ana i ka Hāʻawi ʻia ka hawewe-P i ka mea e loaʻa ai, kēlā me kēia, me kēia mau ʻōlelo:
Hiki ke aʻo kūʻokoʻa nā hana hawewe hapa (10) e like me ke kumumanaʻo hoʻopuehu resonant (RST) 49,50,51,52, kahi e hiki ai ke hoʻokaʻawale i ka elasticity i hoʻopaʻa ʻia mai ke kahua hele hewa i ke aʻo ʻana i nā ʻano ʻano like ʻole.Ma muli o kēia kaʻina hana, hiki ke hoʻokaʻawale ʻia ka hana ʻano modal i kahi huina o ʻelua mau ʻāpana like, ʻo ia hoʻi \(f_{n} = f_{n}^{(res)} + f_{n}^{(b)}\ ) pili i ka resonant a me ka nonresonant amplitudes hope.ʻO ke ʻano hana o ke ʻano resonant e pili ana i ka pane ʻana o ka pahuhopu, ʻoiai ʻo ka hope e pili pinepine i ke ʻano o ka mea hoʻopuehu.No ka ʻike ʻana i ke kumu mua o ka pahu hopu no kēlā me kēia ʻano, ʻo ka amplitude o ka hana hoʻohālikelike modal resonance \(\left| {f_{n}^{(res)} \left( \theta \right)} \right|\ ) helu ʻia me ka manaʻo ʻana he ʻano paʻakikī, ʻo ia hoʻi nā poʻe ipenetrable i loko o kahi mea hoʻokipa elastic.Hoʻoikaika ʻia kēia kuhiakau e ka ʻoiaʻiʻo, ma ke ʻano maʻamau, hoʻonui ʻia ka ʻoʻoleʻa a me ka paʻakikī me ka ulu ʻana o ka nui o ka tumora ma muli o ke koena o ke koʻikoʻi compressive.No laila, ma kahi kūlana koʻikoʻi o ka ulu ʻana, ʻoi aku ka nui o ka lākiō impedance \(\rho_{T} c_{1T} /\rho_{H} c_{1H}\) ma mua o 1 no ka hapa nui o nā maʻi koko paʻa macroscopic e ulu ana i ka palupalu. nā lole.No ka laʻana, Krouskop et al.Ua hōʻike ʻo 53 i kahi lakio o ka maʻi kanesa i ka modulus maʻamau e pili ana i ka 4 no ka ʻiʻo prostate, ʻoiai ua hoʻonui kēia waiwai i 20 no nā laʻana o ka umauma.Hiki i kēia mau pilina ke hoʻololi i ka impedance acoustic o ka ʻiʻo, e like me ka hōʻike ʻana e ka elastography analysis54,55,56, a pili paha i ka mānoanoa o ka ʻiʻo kūloko ma muli o ka hyperproliferation tumor.Ua ʻike ʻia kēia ʻokoʻa ma ka hoʻokolohua ʻana me nā hoʻāʻo hoʻoemi maʻalahi o nā poloka maʻi maʻi umauma i ulu ma nā pae like ʻole32, a hiki ke hahai maikaʻi ʻia ka hoʻoponopono ʻana i nā mea me nā hiʻohiʻona wānana cross-species o nā maʻi maʻi ʻaʻole linearly ulu43,44.ʻO ka ʻikepili ʻoʻoleʻa i loaʻa e pili pono ana i ka hoʻololi ʻana o ka modulus o nā ʻōpio o nā maʻi koko paʻa e like me ke ʻano \(E_{T} = S\left( {1 – \nu ^{2} } \right)/a\sqrt \ varepsilon\ )( poepoe me ka radius \(a\), oolea \(S\) a me ka ratio o Poisson \(\nu\) mawaena o elua papa paakiki 57, e like me ka hoike ana ma ke Kii 1).No laila, hiki ke loaʻa i nā ana impedance acoustic o ka ʻōpū a me ka mea hoʻokipa ma nā pae ulu like ʻole.ʻO ka mea nui, i ka hoʻohālikelike ʻana me ka modulus o ka ʻiʻo maʻamau e like me 2 kPa i ka Fig. kūlike me ka ʻikepili i hōʻike ʻia.ma nā kuhikuhi 58, 59 ua ʻike ʻia he 0.25-4 kPa ke kaomi ʻana i nā ʻiʻo o ka umauma me ka precompression nalowale.E noʻonoʻo hoʻi ʻo ka ratio o Poisson o kahi ʻiʻo aneane hiki ʻole ke hoʻopili ʻia he 41.60, ʻo ia hoʻi ʻaʻole e loli nui ka mānoanoa o ka ʻiʻo i ka piʻi ʻana o ka leo.ʻO ka ʻokoʻa, hoʻohana ʻia ka ʻawelika nui o ka heluna kanaka \(\rho = 945\,{\text{kg}}\,{\text{m}}^{ – 3}\)61.Me kēia mau noʻonoʻo, hiki i ka ʻoʻoleʻa ke lawe i ke ʻano o ka hope me ka hoʻohana ʻana i kēia ʻōlelo:
Kahi e helu ʻia ai ka mea mau ʻike ʻole ʻia \(\widehat{{{\varvec{\upxi))))_{n} = \{\delta_{n} ,\upsilon_{n} \}\) me ka noʻonoʻo ʻana i ka hoʻomau. bias ( 7 )2,4, ʻo ia hoʻi, ma ka hoʻoholo ʻana i ka ʻōnaehana algebraic \(\widehat{{\mathbb{D}}}}_{n} (a) \cdot \widehat{({\varvec{\upxi}} } } _{n } = \widehat{{\mathbf{q}}}_{n} (a)\) pili ana i nā keiki liʻiliʻi\(\widehat{{\mathbb{D}}}_{n} (a) = \ { { \ mathbb{D}}_{n} (a)\}_{{\{ (1,3),(1,3)\} }}\) a me ka vector kolamu ma'alahi e pili ana\(\widehat { {\mathbf {q}}}_{n} (а)\). \ hema ( {res} \'ākau)\,pp}} \ hema ( \theta \'ākau)} \'ākau| = \hema|{f_{n}^{pp} \ hema ( \theta \'ākau) – f_{ n}^{pp(b)} \hema( \theta \'ākau)} \'ākau|\) a me \( \hema|{f_{n}^{{\left( {res} \'ākau)\,ps} } \ hema ( \theta \'ākau)} \'ākau|= \hema|{f_{n}^{ps} \hema ( \theta \'ākau) – f_{n}^{ps(b)} \hema( \ theta \ ʻākau)} \ ʻākau|\) pili i ka hawewe-P a me ka noʻonoʻo ʻana o ka hawewe-P.Eia hou, ua manaoia ka amplitude mua e like me \(\theta = \pi\), a ua manaoia ka lua amplitude e like me \(\theta = \pi/4\).Ma ka hoʻouka ʻana i nā waiwai haku mele like ʻole.Hōʻike ka Figure 2 i nā hiʻohiʻona resonant o nā spheroids tumo a hiki i kahi o 15 mm ke anawaena i ka nui o ka paʻa pinepine o 50-400 kHz, e hōʻike ana i ka hiki ke hoʻohana i ka ultrasound haʻahaʻa haʻahaʻa e hoʻoulu ai i ka hoʻoulu ʻana i ka resonant tumor.pūnaewele.Nui ʻino.I loko o kēia kaha alapine, ua hōʻike ʻia ka hōʻike RST i nā ʻano ʻano ʻano hoʻokahi no nā ʻano 1 a i ka 6, i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 3. Ma ʻaneʻi, hōʻike nā haʻalulu pp a me ps i nā ʻano o ke ʻano mua, e kū ana ma nā alapine haʻahaʻa loa, e piʻi ana mai ma kahi o 20 kHz no ke ano 1 a ma kahi o 60 kHz no n = 6, e hoike ana aole he okoa ko'iko'i o ka radius poepoe.Hoʻopau ka hana resonant ps, ʻoiai ʻo ka hui pū ʻana o nā formants pp amplitude nui e hāʻawi i kahi periodicity ma kahi o 60 kHz, e hōʻike ana i kahi hoʻololi kiʻekiʻe me ka hoʻonui ʻana i ka helu mode.Ua hana ʻia nā loiloi a pau me ka hoʻohana ʻana i ka polokalamu kamepiula ʻo Mathematica®62.
Hōʻike ʻia nā ʻano hana backscatter i loaʻa mai ka module o nā ʻōpū o ka umauma o nā ʻano nui like ʻole i ka Fig.
ʻO ke kani ʻana o nā ʻano i koho ʻia mai \(n = 1\) a i ka \(n = 6\), i helu ʻia ma ka hoʻoulu ʻana a me ka noʻonoʻo ʻana o ka hawewe P ma nā ʻano nui like ʻole (nā pihi ʻeleʻele mai \(\ hema | {f_{ n} ^ {{\ hema( {res} \akau)\,pp}} \hema( \pi \akau)} \akau| = {f_{n}^{pp} \hema ( \pi \ akau) f_{n }^{pp(b)} \ hema ( \pi \ ʻākau)} \ ʻākau|\)) a me ka hawewe-P a me ka noʻonoʻo ʻana o ka hawewe-S (nā ʻāpana hina hina i hāʻawi ʻia e ka hana hoʻohālike modal \( \ hema | { f_{n }^{{\hema( {res} \akau)\,ps}} \hema( {\pi /4} \akau)} \akau| = \hema|. \hema( {\pi /4} \akau) – f_{n}^{ps(b)} \hema( {\pi /4} \akau)} \akau |\)).
Hiki i nā hopena o kēia loiloi mua me ka hoʻohana ʻana i nā kūlana hoʻolaha mamao loa ke alakaʻi i ke koho ʻana i nā alapine drive-specific drive ma nā hoʻohālikelike helu e aʻo ai i ka hopena o ke koʻikoʻi microvibration ma luna o ka lehulehu.Hōʻike nā hualoaʻa i ka calibration o nā alapine maikaʻi loa e hiki ke hoʻohālikelike i ka wā o ka ulu ʻana o ka tumora a hiki ke hoʻoholo ʻia me ka hoʻohana ʻana i nā hopena o nā hiʻohiʻona ulu e hoʻokumu i nā hoʻolālā biomechanical i hoʻohana ʻia i ka maʻi maʻi e wānana pololei i ka hoʻoponopono hou ʻana o nā kiko.
ʻO nā holomua nui i ka nanotechnology ke alakaʻi nei i ke kaiāulu ʻepekema e ʻimi i nā hoʻonā hou a me nā ala e hoʻomohala ai i nā mea lapaʻau miniaturized a me ka liʻiliʻi invasive no nā noi in vivo.I loko o kēia pōʻaiapili, ua hōʻike ka ʻenehana LOF i kahi hiki ke hoʻonui i nā mana o nā fiber optical, e hiki ai i ka hoʻomohala ʻana i nā mea hana fiber optic minimally invasive no nā noi ʻepekema ola21, 63, 64, 65. ʻO ka manaʻo o ka hoʻohui ʻana i nā mea 2D a me 3D. me ka makemake kemika, biological, a me ka optical waiwai ma na aoao 25 ​​a me / a pau 64 o optical fibers me ka piha spatial mana ma ka nanoscale alakai i ka puka ana o ka hou papa o ka fiber optic nanooptodes.loaʻa i ka laulā o nā hana diagnostic a therapeutic.ʻO ka mea e mahalo ai, ma muli o ko lākou mau geometric a me nā ʻano mechanical (ʻāpana keʻa liʻiliʻi, ʻano nui o ke ʻano, hiki ke maʻalahi, haʻahaʻa kaumaha) a me ka biocompatibility o nā mea waiwai (maʻamau a i ʻole nā ​​polymers), ua kūpono nā fiber optical no ka hoʻokomo ʻana i nā nila a me nā catheters.Nā noi lāʻau lapaʻau20, e hoʻokaʻawale i ke ala no ka ʻike hou ʻana o ka "halemai kui" (e nānā i ke Kiʻi 4).
ʻO ka ʻoiaʻiʻo, ma muli o nā degere o ke kūʻokoʻa i hāʻawi ʻia e ka ʻenehana LOF, ma ka hoʻohana ʻana i ka hoʻohui ʻana o nā micro- a me nā nanostructures i hana ʻia mai nā mea metala a / a i ʻole nā ​​mea dielectric, hiki ke hoʻohana pono ʻia nā fibers optical no nā noi kikoʻī e kākoʻo pinepine ana i ke ʻano resonant., Hoʻonohonoho ikaikaʻia ka māla māmā 21.ʻO ka hoʻopaʻa ʻana o ka mālamalama ma kahi pālākiō subwavelong, pinepine i hui pū ʻia me ke kemika a/a i ʻole ka hoʻoili olaola63 a me ka hoʻohui ʻana o nā mea koʻikoʻi e like me nā polymers akamai65,66 hiki ke hoʻonui i ka mana ma luna o ka launa pū ʻana o ka māmā a me ka mea, hiki ke hoʻohana no nā kumu theranostic.ʻO ke koho ʻana o ke ʻano a me ka nui o nā ʻāpana/mea i hoʻohui ʻia e hilinaʻi ʻia i nā ʻāpana kino, olaola a kemika paha e ʻike ʻia21,63.
ʻO ka hoʻohui ʻana o nā noiʻi LOF i loko o nā nila lapaʻau i kuhikuhi ʻia i nā wahi kikoʻī o ke kino e hiki ai i ka wai kūloko a me nā biopsies i loko o ka vivo, e ʻae i ka mālama ʻana i ka manawa like, e hōʻemi i nā hopena ʻaoʻao a me ka hoʻonui ʻana i ka pono.Loaʻa nā manawa kūpono i ka ʻike ʻana i nā biomolecules e holo nei, me ka maʻi kanesa.biomarkers a i ʻole microRNAs (miRNAs)67, ka ʻike ʻana i nā ʻiʻo maʻi kanesa me ka hoʻohana ʻana i ka spectroscopy linear a me ka non-linear spectroscopy e like me Raman spectroscopy (SERS)31, kiʻi photoacoustic kiʻekiʻe kiʻekiʻe22,28,68, ʻoki ʻoki a me ka ablation69, a me nā lāʻau lapaʻau kūloko e hoʻohana ana i ka light27 a alakaʻi ʻakomi o nā nila i loko o ke kino kanaka20.He mea pono e hoʻomaopopo ʻoiai ʻo ka hoʻohana ʻana i nā fibers optical e pale i nā hemahema maʻamau o nā ʻano "classical" e pili ana i nā ʻāpana uila, e like me ka pono o nā pilina uila a me ka hiki ʻana o ka hoʻopili electromagnetic, hiki i kēia ke hoʻohui pono i nā ʻano LOF sensors i loko o ka. ʻōnaehana.nila lapaʻau hoʻokahi.Pono e noʻonoʻo nui ʻia i ka hōʻemi ʻana i nā hopena pōʻino e like me ka pollution, ka hoʻopili ʻana i ka optical, nā keakea kino e hoʻokau i nā hopena crosstalk ma waena o nā hana like ʻole.Eia nō naʻe, he ʻoiaʻiʻo nō hoʻi ka nui o nā hana i ʻōlelo ʻia ʻaʻole pono e hana i ka manawa like.ʻO kēia hiʻohiʻona e hiki ai ke hōʻemi iki i ka hoʻopili ʻana, a laila e kaupalena ʻia ka hopena maikaʻi ʻole i ka hana o kēlā me kēia probe a me ka pololei o ke kaʻina hana.ʻO kēia mau noʻonoʻo e ʻae iā mākou e nānā i ka manaʻo o ka "needle in the hospital" ma ke ʻano he hiʻohiʻona maʻalahi e kau i kahi kahua paʻa no ka hanauna hou o nā nila therapeutic i ka ʻepekema ola.
E pili ana i ka noi kikoʻī i kūkākūkā ʻia ma kēia pepa, ma ka ʻāpana aʻe e noiʻi mākou i ka hiki o kahi nila lapaʻau ke kuhikuhi i nā hawewe kani ultrasonic i loko o nā ʻiʻo kanaka me ka hoʻohana ʻana i kā lākou hoʻolaha ma kona axis.
ʻO ka hoʻolaha ʻana o nā hawewe kani ultrasonic ma o ka nila lāʻau lapaʻau i hoʻopiha ʻia me ka wai a hoʻokomo ʻia i loko o nā ʻiʻo palupalu (e ʻike i ke kiʻikuhi ma Fig. 5a) ua hoʻohālike ʻia me ka hoʻohana ʻana i ka polokalamu Comsol Multiphysics pāʻoihana e pili ana i ke ʻano hana finite element (FEM)70, kahi i hoʻohālike ʻia ai ka nila a me ka ʻiʻo. e like me ka linear elastic environment.
E pili ana i ke Kiʻi 5b, ua hoʻohālike ʻia ka nila ma ke ʻano he puʻupuʻu puʻu (ʻike ʻia ʻo "cannula") i hana ʻia me ke kila kila, kahi mea maʻamau no nā nila lapaʻau71.ʻO ka mea nui, ua hoʻohālike ʻia me ka modulus o Young E = 205 GPa, ka ratio o Poisson ν = 0.28, a me ka mānoanoa ρ = 7850 kg m −372.73.Geometrically, ʻike ʻia ka nila e ka lōʻihi L, kahi anawaena o loko D (i kapa ʻia ʻo "clearance") a me ka mānoanoa o ka pā.Eia kekahi, ua ʻike ʻia ka piko o ka nila ma kahi kihi α e pili ana i ka ʻaoʻao longitudinal (z).Pili ka nui o ka wai i ke ʻano o ka ʻāpana o loko o ka nila.Ma kēia loiloi mua, ua manaʻo ʻia ua hoʻokomo piha ʻia ka nila i loko o kahi ʻāpana o ka ʻiʻo (i manaʻo ʻia e hoʻolōʻihi mau ʻia), i hoʻohālikelike ʻia e like me ke ʻano o ka radius rs, i hoʻomau mau ʻia ma 85 mm i ka wā o nā simulation āpau.Ma nā kikoʻī hou aku, hoʻopau mākou i ka ʻāina spherical me kahi papa hoʻohālikelike kūpono (PML), kahi e hōʻemi iki ai i nā nalu makemake ʻole i ʻike ʻia mai nā palena "manaʻo".A laila koho mākou i ka radius rs i mea e kau ai i ka palena ʻāpana spherical i mamao loa mai ka nila i ʻole e hoʻopilikia i ka hopena helu, a liʻiliʻi ʻaʻole e pili i ke kumukūʻai helu o ka simulation.
Hoʻopili ʻia kahi hoʻololi lōʻihi harmonic o ka alapine f a me ka amplitude A i ka palena haʻahaʻa o ka geometry stylus;ʻO kēia kūlana ke hōʻike nei i kahi hoʻoulu hoʻokomo i hoʻopili ʻia i ka geometry i hoʻohālikelike ʻia.Ma nā palena i koe o ka nila (e pili ana me ka ʻiʻo a me ka wai), ua manaʻo ʻia ke kumu hoʻohālike e pili ana i kahi pilina ma waena o ʻelua mau hanana kino, ʻo kekahi e pili ana i ka mechanics structural (no ka wahi o ka nila), a ʻo kekahi i ka mechanics structural.(no ka ʻāina acicular), no laila ua kau ʻia nā kūlana pili i ka acoustics (no ka wai a me ka ʻāina acicular)74.ʻO ka mea nui, ʻo nā haʻalulu liʻiliʻi i hoʻopili ʻia i ka noho nila ke kumu i nā haʻalulu liʻiliʻi;no laila, me ka mana'o e like ana ke kui me ke ano elastic, hiki ke koho 'ia ka ne'e nee U mai ka hoohalike elastodynamic equilibrium (Navier)75.ʻO nā oscillations i kūkulu ʻia o ka nila ke hoʻololi i ke kaomi wai i loko o ia mea (i manaʻo ʻia he paʻa i kā mākou kumu hoʻohālike), ma muli o ka hoʻolaha ʻana o nā nalu kani ma ka ʻaoʻao longitudinal o ka nila, me ka hoʻolohe pono i ka Helmholtz equation76.ʻO ka mea hope loa, me ka manaʻo he mea ʻole nā ​​hopena laina ʻole i loko o nā ʻiʻo a ʻoi aku ka liʻiliʻi o ka amplitude o nā nalu shear ma mua o ka amplitude o nā nalu kaomi, hiki ke hoʻohana ʻia ka hoʻohālikelike Helmholtz e hoʻohālike i ka hoʻolaha ʻana o nā hawewe acoustic i nā ʻiʻo palupalu.Ma hope o kēia hoʻohālikelike, manaʻo ʻia ka ʻiʻo he wai77 me ka nui o 1000 kg/m3 a me ka wikiwiki o ke kani o 1540 m/s (ka nānā ʻole ʻana i nā hopena damping pili pinepine).No ka hoʻohui ʻana i kēia mau kahua kino ʻelua, pono e hōʻoia i ka hoʻomau ʻana o ka neʻe maʻamau ma ka palena o ka paʻa a me ka wai, ka equilibrium static ma waena o ke kaomi a me ke koʻikoʻi e kū pono ana i ka palena o ka paʻa, a me ke koʻikoʻi tangential ma ka palena o ka. pono e like ka wai me ka ʻole.75 .
I kā mākou loiloi, noiʻi mākou i ka hoʻolaha ʻana o nā nalu acoustic ma kahi kui ma lalo o nā kūlana kū, e nānā ana i ka mana o ka geometry o ka nila i ka hoʻokuʻu ʻana o nā nalu i loko o ka ʻiʻo.Ma keʻano kūikawā, ua noiʻi mākou i ka mana o ke anawaena o loko o ka nila D, ka lōʻihi L a me ka angle bevel α, e mālama ana i ka mānoanoa t i hoʻopaʻa ʻia ma 500 µm no nā hihia āpau i aʻo ʻia.ʻO kēia waiwai o t kokoke i ka mānoanoa pā maʻamau 71 no nā nila kalepa.
Me ka nele o ka laulā, ua lawe ʻia ke alapine f o ka hoʻoneʻe harmonic i hoʻopili ʻia i ke kumu o ka nila e like me 100 kHz, a ʻo ka amplitude A he 1 μm.ʻO ka mea nui, ua hoʻonohonoho ʻia ka alapine i 100 kHz, i kūlike me nā koho analytical i hāʻawi ʻia ma ka ʻāpana "Scattering analysis of spherical tumor mass to guess growth-dependent ultrasound frequencies", kahi i loaʻa ai kahi ʻano resonance-like o ka nui o ka maʻi tumora. ke alapinepine o 50-400 kHz, me ka nui o ka hoʻopuehu amplitude i hoʻopaʻa ʻia ma nā alapine haʻahaʻa ma kahi o 100-200 kHz (e nānā i ka Fig. 2).
ʻO ka palena mua i aʻo ʻia ʻo ke anawaena kūloko D o ka nila.No ka maʻalahi, ua wehewehe ʻia ʻo ia he hakina helu helu o ka lōʻihi o ka nalu acoustic i loko o ka lua o ka nila (ʻo ia hoʻi, i ka wai λW = 1.5 mm).ʻOiaʻiʻo, ʻo nā ʻano o ka hoʻolaha ʻana o ka nalu i nā mea hana i hōʻike ʻia e kahi geometry i hāʻawi ʻia (e laʻana, ma kahi alakaʻi nalu) e hilinaʻi pinepine ʻia i ka nui hiʻona o ka geometry i hoʻohana ʻia me ka lōʻihi o ka nalu hoʻolaha.Eia kekahi, i ka loiloi mua, i mea e hoʻoikaika maikaʻi ai i ka hopena o ke anawaena D ma ka hoʻolaha ʻana o ka nalu acoustic ma o ka nila, ua noʻonoʻo mākou i kahi kihi pālahalaha, e hoʻonohonoho ana i ke kihi α = 90 °.I loko o kēia loiloi, ua hoʻopaʻa ʻia ka lōʻihi o ka nila L ma 70 mm.
Ma ka fig.Hōʻike ʻo 6a i ka awelika o ka ikaika o ka leo ma ke ʻano he hana o ka pālākiō ʻole SD, ʻo ia hoʻi, D = λW/SD i loiloi ʻia i loko o kahi pōʻai me ka radius o 10 mm i kau ʻia ma ka piko o ka nila.Hoʻololi ʻia ka helu scaling SD mai 2 a 6, ʻo ia hoʻi mākou e noʻonoʻo nei i nā waiwai D mai 7.5 mm a i 2.5 mm (ma f = 100 kHz).Aia pū ka laulā i kahi waiwai maʻamau o 71 no nā nila lapaʻau kila kila.E like me ka mea i manaʻo ʻia, pili ke anawaena o loko o ka nila i ka ikaika o ke kani i hoʻopuka ʻia e ka nila, me ka nui o ka waiwai (1030 W/m2) e pili ana i D = λW/3 (ie D = 5 mm) a me kahi ʻano emi me ka emi ʻana. anawaena.Pono e noʻonoʻo ʻia ʻo ke anawaena D he ʻāpana geometric e pili pū ana i ka invasiveness o kahi lāʻau lapaʻau, no laila ʻaʻole hiki ke mālama ʻia kēia ʻano koʻikoʻi i ke koho ʻana i ka waiwai kūpono.No laila, ʻoiai ʻo ka emi ʻana o D ma muli o ka haʻahaʻa haʻahaʻa o ka ikaika acoustic i loko o nā kiko, no nā haʻawina aʻe, ʻo ke anawaena D = λW/5, ʻo ia hoʻi D = 3 mm (kūlike me ka maʻamau 11G71 ma f = 100 kHz) , ua manaʻo ʻia he kuʻikahi kūpono ma waena o ka hoʻopili ʻana o ka hāmeʻa a me ka hoʻouna ʻana i ka ikaika leo (awelika ma kahi o 450 W/m2).
'O ka 'awelika ikaika o ka leo i hoopuka 'ia e ka piko o ka nila (mana'o 'ia he palahalaha), ma muli o ke anawaena o loko o ka nila (a), ka loa (b) a me ka huina bevel α (c).ʻO ka lōʻihi ma (a, c) he 90 mm, a ʻo ke anawaena ma (b, c) he 3 mm.
ʻO ka ʻāpana aʻe e nānā ʻia ʻo ia ka lōʻihi o ka nila L. E like me ka hihia mua, manaʻo mākou i kahi kihi oblique α = 90° a ua hoʻonui ʻia ka lōʻihi ma ke ʻano he nui o ka lōʻihi nalu i loko o ka wai, ʻo ia hoʻi, e noʻonoʻo i ka L = SL λW. .Hoʻololi ʻia ka pālākiō dimensionless SL mai ka 3 a 7, no laila e koho ana i ka awelika ikaika o ke kani i hoʻopuka ʻia e ka piko o ka nila ma ka lōʻihi mai 4.5 a 10.5 mm.Aia kēia pae i nā waiwai maʻamau no nā nila kalepa.Hōʻike ʻia nā hopena ma ka fig.6b, e hōʻike ana i ka lōʻihi o ka nila, L, he mana nui i ka lawe ʻana i ka ikaika o ke kani i loko o nā ʻiʻo.ʻO ke kikoʻī, ʻo ka optimization o kēia ʻāpana i hiki ke hoʻomaikaʻi i ka hoʻouna ʻana ma kahi o kahi kauoha o ka nui.ʻO ka ʻoiaʻiʻo, ma ka laulā o ka lōʻihi i kālailai ʻia, ʻoi aku ka nui o ke kani ʻana o ka leo ma kahi o 3116 W/m2 ma SL = 4 (ʻo ia hoʻi, L = 60 mm), a pili kekahi me SL = 6 (ie, L = 90 mm).
Ma hope o ka nānā ʻana i ka mana o ke anawaena a me ka lōʻihi o ka nila ma ka hoʻolaha ʻana o ka ultrasound i loko o ka geometry cylindrical, ua nānā mākou i ka mana o ka angle bevel i ka lawe ʻana i ka ikaika o ke kani i loko o nā kiko.Ua loiloi ʻia ka awelika ikaika o ke kani e puka mai ana mai ka piko o ka fiber ma ke ʻano he hana o ka huina α, e hoʻololi ana i kona waiwai mai ka 10° (koi ʻoi) a i ka 90° (ka piko palahalaha).I kēia hihia, ʻo ka radius o ka sphere hoʻohui a puni ka piko i manaʻo ʻia he 20 mm, no laila no nā waiwai āpau o α, ua hoʻokomo ʻia ka piko o ka nila i ka nui i helu ʻia mai ka awelika.
E like me ka hoike ana ma ka fig.6c, ke hoʻokala ʻia ka piko, ʻo ia hoʻi, i ka emi ʻana o ka α e hoʻomaka ana mai 90 °, piʻi ka ikaika o ke kani hoʻouna ʻia, a hiki i ka waiwai nui ma kahi o 1.5 × 105 W/m2, e pili ana me α = 50°, ieie, 2 he kauoha o ka nui e pili ana i ka mokuaina palahalaha.Me ka hoʻokala hou ʻana o ka piko (ʻo ia hoʻi, ma ka α ma lalo o 50°), e emi ana ka ikaika o ke kani, a hiki i nā waiwai e like me ka piko palahalaha.Eia nō naʻe, ʻoiai mākou i noʻonoʻo i kahi ākea ākea o nā kihi bevel no kā mākou simulation, pono e noʻonoʻo pono i ka hoʻokala ʻana i ka piko e pono ai e hoʻokomo i ka nila i loko o ka ʻiʻo.ʻO ka ʻoiaʻiʻo, hiki i kahi kihi bevel liʻiliʻi (ma kahi o 10°) ke hoʻemi i ka ikaika 78 i koi ʻia e komo i ke kino.
Ma waho aʻe o ka waiwai o ka ikaika o ka leo i hoʻouna ʻia i loko o ka ʻiʻo, pili pū ka angle bevel i ke kuhikuhi o ka hoʻolaha ʻana o ka nalu, e like me ka hōʻike ʻana ma nā kiʻi kiʻekiʻe o ke kaomi kani i hōʻike ʻia ma Fig. 7a (no ka piko palahalaha) a me 3b (no 10°. ).ʻaoʻao beveled), ʻālike Hoʻohālikelike ʻia ka ʻaoʻao longitudinal ma ka plane of symmetry (yz, cf. Fig. 5).Ma ka ʻoi loa o kēia mau manaʻo ʻelua, ʻo ke kiʻekiʻe o ke kaomi kani (i ʻōlelo ʻia ʻo 1 µPa) ka mea nui i loko o ka lua nila (ʻo ia hoʻi i loko o ka wai) a hoʻomālamalama ʻia i loko o ka ʻiʻo.Ma nā kikoʻī hou aku, ma ke ʻano o ka piko palahalaha (Fig. 7a), ʻo ka māhele ʻana o ke kiʻekiʻe o ke kaomi kani ʻana he symmetrical maikaʻi loa e pili ana i ka ʻaoʻao longitudinal, a hiki ke ʻike ʻia nā nalu kū i ka wai e hoʻopiha ana i ke kino.ʻO ka nalu e kuhikuhi ana i ka longitudinally (z-axis), hiki i ka amplitude i kona waiwai kiʻekiʻe i ka wai (e pili ana i 240 dB) a emi iho i ka transversely, e alakaʻi ana i kahi attenuation ma kahi o 20 dB ma kahi mamao o 10 mm mai ke kikowaena o ka nila.E like me ka mea i manaʻo ʻia, ʻo ka hoʻokomo ʻia ʻana o kahi kihi kikoʻī (Fig. 7b) e wāwahi i kēia symmetry, a ʻo nā antinodes o nā nalu kū e "pale" e like me ka piko o ka nila.ʻIke ʻia, pili kēia asymmetry i ka ikaika radiation o ka piko o ka nila, e like me ka mea i wehewehe mua ʻia (Fig. 6c).No ka hoʻomaopopo maikaʻi ʻana i kēia ʻano, ua loiloi ʻia ka ikaika acoustic ma kahi ʻoki laina orthogonal i ka longitudinal kuhikuhi o ka nila, aia ma ka mokulele o ka symmetry o ka nila a aia ma kahi mamao o 10 mm mai ka piko o ka nila ( nā hopena ma ke Kiʻi 7c).ʻOi aku ke kikoʻī, ua hoʻohālikelike ʻia nā puʻupuʻu ikaika leo i loiloi ʻia ma 10°, 20° a me 30° oblique nā kihi (uliuli, ʻulaʻula a me ka ʻōmaʻomaʻo paʻa laina, kēlā me kēia) i hoʻohālikelike ʻia me ka puʻunaue kokoke i ka hopena palahalaha (nā ʻāpana ʻeleʻele ʻeleʻele).ʻO ka puʻunaue ikaika e pili ana i nā nila palahalaha e ʻike ʻia e like me ke kikowaena o ka nila.Ma keʻano kūikawā, lawe ia i kahi waiwai o kahi 1420 W / m2 ma ke kikowaena, kahi kahe o kahi 300 W / m2 ma kahi mamao o ~ 8 mm, a laila emi iho i kahi waiwai o kahi 170 W / m2 ma ~ 30 mm. .Ke kuhikuhi ʻia ka piko, māhele ka lobe waena i nā lobes o nā ʻano like ʻole.ʻOi aku ka kikoʻī, inā he 30° ka α, hiki ke ʻike maopopo ʻia ʻekolu petals ma ka ʻaoʻao i ana ʻia ma 1 mm mai ka piko o ka nila.ʻO ke kikowaena kahi kokoke i ke kikowaena o ka nila a ua manaʻo ʻia he 1850 W / m2, a ʻo ka mea kiʻekiʻe ma ka ʻākau he 19 mm mai ke kikowaena a hiki i 2625 W / m2.Ma α = 20°, aia 2 mau lobes nui: hoʻokahi no −12 mm ma 1785 W/m2 a hoʻokahi no 14 mm ma 1524 W/m2.Ke ʻoi aʻe ka ʻoi aʻe o ke kihi a hiki i ka 10 °, hiki ke kiʻekiʻe o 817 W/m2 ma kahi o -20 mm, a ʻike ʻia ʻekolu mau lobes o ka liʻiliʻi liʻiliʻi ma ka ʻaoʻao.
Ka pae puʻe kani ma ka mokulele o ke ʻano like y–z o kahi kui me ka welau palahalaha (a) a me ka bevel 10° (b).(c) Hoʻokaʻawale ʻia ka ikaika o ka leo ma kahi laina ʻoki e kū pono ana i ka ʻaoʻao longitudinal o ka nila, ma kahi mamao o 10 mm mai ka piko o ka nila a e moe ana ma ka mokulele o symmetry yz.ʻO 70 mm ka lōʻihi L a ʻo ke anawaena D he 3 mm.
Hoʻohui pū ʻia, hōʻike kēia mau hopena i hiki ke hoʻohana pono ʻia nā nila lapaʻau e hoʻouna i ka ultrasound ma 100 kHz i loko o ka ʻiʻo palupalu.ʻO ka ikaika o ke kani i hoʻokuʻu ʻia e pili ana i ka geometry o ka nila a hiki ke hoʻopaʻa ʻia (e pili ana i nā palena i kau ʻia e ka invasiveness o ka mea hoʻopau) a hiki i nā waiwai i ka laulā o 1000 W/m2 (ma 10 mm).hoʻopili ʻia i lalo o ka nila 1. I ka hihia o kahi micrometer offset, ua manaʻo ʻia ka nila e hoʻokomo piha ʻia i loko o ka ʻiʻo palupalu e hoʻolōʻihi ʻole ʻia.ʻO ka mea kūikawā, pili nui ka angle bevel i ka ikaika a me ke kuhikuhi o ka hoʻolaha ʻana o nā hawewe kani i loko o ka ʻiʻo, kahi e alakaʻi nui ai i ka orthogonality o ka ʻoki ʻana o ka piko o ka nila.
No ke kākoʻo ʻana i ka hoʻomohala ʻana i nā hoʻolālā lāʻau lapaʻau hou e pili ana i ka hoʻohana ʻana i nā ʻenehana lapaʻau non-invasive, ʻo ka hoʻolaha ʻana o ka ultrasound low-frequency i loko o ke kaiapuni tumo i kālailai ʻia me ka analytically a me ka helu.ʻO ka mea nui, ma ka ʻāpana mua o ka haʻawina, ua ʻae ʻia kahi hopena elastodynamic no ka manawa lōʻihi e aʻo i ka hoʻopuʻi ʻana o nā hawewe kani ultrasonic i nā spheroids tumo paʻa i ʻike ʻia ka nui a me ka ʻoʻoleʻa i mea e aʻo ai i ka ʻike pinepine o ka nuipa.A laila, ua koho ʻia nā alapine o ke kauoha o nā haneli kilohertz, a ua hoʻohālikelike ʻia ka noi kūloko o ke koʻikoʻi vibration i loko o ke kaiapuni tumo me ka hoʻohana ʻana i ka nilala lāʻau lapaʻau i ka simulation helu ma ke aʻo ʻana i ka mana o nā ʻāpana hoʻolālā nui e hoʻoholo ai i ka hoʻololi ʻana o ka acoustic. mana o ka mea kani i ke kaiapuni.Hōʻike nā hopena i hiki ke hoʻohana pono ʻia nā nila lapaʻau e hoʻomālamalama i nā ʻiʻo me ka ultrasound, a ʻo kona ikaika e pili pono ana i ke ʻano geometrical o ka nila, i kapa ʻia ʻo ka lōʻihi o ka hawewe acoustic.ʻO kaʻoiaʻiʻo, piʻi ka ikaika o ka irradiation ma o ka ʻiʻo me ka hoʻonui ʻana i ke anawaena o loko o ka nila, a hiki i kahi kiʻekiʻe inā ʻekolu manawa ka lōʻihi o ka nalu.ʻO ka lōʻihi o ka nila e hāʻawi pū i kekahi degere o ke kūʻokoʻa e hoʻonui i ka ʻike.Hoʻonui ʻia ka hopena hope loa i ka wā i hoʻonohonoho ʻia ai ka lōʻihi o ka nila i kahi nui o ka lōʻihi hawewe hana (ʻo 4 a me 6).ʻO ka mea e mahalo ai, no ke alapine o ka hoihoi, ua kokoke ke anawaena i hoʻopaʻa ʻia a me ka lōʻihi i nā mea i hoʻohana mau ʻia no nā nila kalepa maʻamau.ʻO ke kihi bevel, ka mea e hoʻoholo ai i ka ʻoi o ka nila, pili pū i ka emissivity, piʻi ma kahi o 50 ° a hāʻawi i ka hana maikaʻi ma kahi o 10 °, i hoʻohana maʻamau ʻia no nā nila kalepa..E hoʻohana ʻia nā hopena simulation no ke alakaʻi ʻana i ka hoʻokō a me ka hoʻokō ʻana i ka paepae diagnostic intraneedle o ka haukapila, ka hoʻohui ʻana i ka diagnostic a me ka ultrasound therapeutic me nā ʻōnaehana lapaʻau ʻē aʻe i loko o ka hāmeʻa a me ka hoʻokō ʻana i nā hana lapaʻau pololei.
Koenig IR, Fuchs O, Hansen G, von Mutius E. a me Kopp MV He aha ka lāʻau pololei?Eur, haole.Nūpepa 50, 1700391 (2017).
Collins, FS a me Varmus, H. Nā hana hou i ka lāʻau lapaʻau pololei.N. eng.J. Laau lapaau.372, 793–795 (2015).
Hsu, W., Markey, MK a me Wang, MD.Biomedical Imaging Informatics in the Precision Medicine Era: Achievements, Challenges, and Opportunities.Jam.lāʻau lapaʻau.hoʻomaopopo.Kokua polopeka.20(6), 1010–1013 (2013).
Garraway, LA, Verweij, J. & Ballman, KV Precision oncology: he loiloi.J. Kauka.ʻO Oncol.31, 1803–1805 (2013).
Wiwatchaitawee, K., Quarterman, J., Geary, S., a me Salem, A. Improvement in glioblastoma (GBM) therapy using a nanoparticle-based delivery system.AAPS PharmSciTech 22, 71 (2021).
ʻO Aldape K, Zadeh G, Mansouri S, Reifenberger G a me von Daimling A. Glioblastoma: pathology, molecular mechanisms and markers.Acta Neuropathology.129(6), 829–848 (2015).
Bush, NAO, Chang, SM a me Berger, MS Nā hoʻolālā o kēia manawa a me ka wā e hiki mai ana no ka mālama ʻana i ka glioma.neuropi.ʻO Ed.40, 1–14 (2017).