بخشی از مقاله
چکیده
امروزه هایپر ترمال درمانی با استفاده از لیزر ها به عنوان یه روش امید بخش برای درمان سرطان مطرح شده است. در این شیوه یا می توان تومور را به طور مستقیم در معرض تابش لیزر قرار داد یا اینکه از نانو ذرات طلا استفاده کرد. برای بررسی این دو مورد به حل معادله زیستی حرارتی وابسته به مکان و زمان می پردازیم. محل قرارگیری سنسور ها و حسگر ها در اطراف بافت تومور برای پایش حرارت دهی اهمیت بسیاری دارد. خصوصیاتی که برای یک درمان کارآمد اهمیت دارد برای اولین بار در اینجا بیان می کنیم. اثرات متابولیسم وابسته به دمای خون می باشد که در این مقاله بررسی می شود. به طور کلی تنظیمات و تغییرات مکانی درجه حرارت در سرتاسر بافت های بیولوژیکی ضعیف بوده با این حال سینتیک های جبهه ای بسیار سریع است.
مقدمه
این مقاله به بررسی مدل سازی دمایی در رابطه با هایپر ترمیا درمانی با استفاده از اشعه دهی لیزری برای گرمادهی و حذف بافت های توموری در اندام های بیولوژیک می پردازد. سلول ها در بافت های توموری به حرارت دهی بسیار حساس هستند و اشکال فشرده ای را در مقایسه با سلول های سالم نشان می دهند که منجر به مهار و بازدارندگی گردش طبیعی عناصر مغذی و اکسیژن در سلول های توموری می شود.به علاوه این رفتار را می توان برای ایجاد راهبرد های درمانی با توانایی تمایز بین بافت های سالم و تومور و تنظیم اثرات متقابل بین لیزرها و بافت های زیستی برای ایجاد پاسخ ها و واکنش های کافی مورد استفاده قرار داد.
انرژی رسوب یافته بر روی بافت های بیولوژیکی توسط لیزرهای با انرژی بالا و طول موج کوتاه بیشتر از انرژی پیوندی آن ها می باشد به این معنی که این لیزرها را می توان برای حذف و از بین بردن تومورهای با اندازه میکرون به کار برد. 1]و.[2 درمان هایپر ترمیابه عنوان یک شیوه جایگزین درمان های سنتی مزیت های کاهش اثرات جانبی و اختلالات درمانی معرفی شده است. موفقیت آن بستگی به تجزیه تحلیل مفصل و دقیق مسئله انتقال حرارت از جمله کنترل زمانی و مکانی افزایش درجه حرارت در سرتاسر تومور دارد. در چنین تجزیه تحلیلی، می توان پارامتر های ترموفیزیکی ویژه بافتی را همراه با شرایط مناسب و شرایط مرزی آن مورد استفاده قرار داد3]و[4لیزر درمانی را می توان به دو روش بسته به این که آیا تومور می تواند در معرض اشعه مستقیم و یا گرماهی غیر مستقیم توسط نانوذرات طلا قرار گیرد یا نه انجام داد.
یک مجموعه خوب از توزیع کافیGNPs همراه با روش سنجش کارامد می تواند موجب افزایش حساسیت ذرات طلا به سیگنال های دستوری دور خارجی شود که در نهایت به اجرای پروتکل درمانی کمک می کند.به همین دلیل GNPsبه دلیل پاسخ ویژه خود به لیزرها با طول موج های مشخص و شدت های معین توسط پدیده رزونانس پلاسمون سطحی اغلب مورد استفاده قرار می گیرند5]و[6در این مقاله ابتدا معادله زیستی-حرارتی مشهور پنس نخست با تعاریف لازم معرفی می شود. سپس یک مورد حرارت دهی مستقیم تومور در تماس با محیط قبل از در نظر گرفتن مورد حرارت دهی غیر مستقیم توسط نانوذرات طلا برای یک تومور عمقی بدن مورد بررسی قرار می گیرد.
معادله زیستی-حرارتی
استفاده از سنسور های دمایی در سرتاسر منطقه تومور برای پایش فرایند گرمادهی برای بیمار بسیار دردناک بوده و تلاش هایی برای کاهش چنین ناراحتی هایی با طراحی مدل هایی برای حل معادله بیو حرارتی ذیل[7]تحت شرایط منطقی کاربردی انجام شده است. اندیس b اشاره به خون و دومی بدون اندیس اشاره به تومور دارد مگر این که تعریف می شود. - T - r,t نشان دهنده مکان حرارتی در نقطه r و زمان t، اپراتور گرادیان است.
اندیس های و k اشاره به به ترتیب چگالی، ظرفیت حرارتی و رسانایی دارد، سرعت ریزش خون و دمای خون است.تولید حرارت متابولیکی سلول های زنده است در حالی که حرارت تولید شده توسط اشعه لیزری Q - r,t - است. طرف چپ معادله 1 سرعت انرژی حرارتی جذب شده در هر واحد حجمی بافت بیولوژیک را نشان می دهد، و بخش نخست در سمت راست سرعت رسانش گرما بر اساس قانون فوریر بوده و بخش دوم سرعت همرفت گرما درون رگ های خونی است. تبادل حرارت همرفتی توسط گردش خون اطمینان از تنظیم حرارتی را در سرتاسر بدن به دنبال دارد.
حرارت دهی لیزری مستقیم
فرایند های حرارت دهی در زمان t = 0 با تابش اشعه لیزر روی تومور آغاز می شود. شکل هندسی مستطیلی و هدف مربعی را که درون آن نشان داده شده است را در نظر می گیریم. - شکل - 1 برای مورد تداخل ایزوترمال، می توان نشان داد که پروفیل دما با معادله ذیل حاصل می شود: طول مشخص نشان دهنده فاصله ای است که در آن دمای خون از مقدار موثر برابر با دمای بدن می شود.درشکل 2 نمودار سه بعدی تغییرات بر حسب x و L - معادله - 3را ترسیم کرده ایم.
در صورتی که تومورها به طور مستقیم برای اشعه دهی لیزری از محیط بیرون قابل دسترسی نباشند، از گرمادهی غیر مستقیم توسط ذرات طلای کروی با ابعاد نانو متر برای افزایش کارایی درمان استفاده می شود. از دیدگاه کاربردی، این مسئله را می توان با حل معادله زیستی حرارتی در مختصات دایره ای با فرض این که منابع نقطه ای بیانگر نانوذرات طلا می باشند ساده تر کرد. در صورتی که دمای اولیه معلوم باشد، می توان اقدام به حل مسائل سینتیکی کرد که اصول ریاضیاتی آن ترکیبی از روش های کلاسیکی تبدیل لاپلاس و تغییرات ثابت است.
حل معادله 5 می دهد: که دمای نرمال کننده متفاوت از مورد موجود در معادله 6و 8 برای ملاحظات هندسی است.زمان مشخص انتشار حرارتی به همین دلیل متفاوت است. بر خلاف شرایط قبلی - معادله 5 را ببینید - . و متغیر های زمانی و مکانی تفکیک شده و علی رغم این که جریان خون در نظر کرفته نمی شود معادله رایج است.درشکل 5 نمودار تغییرات بر حسب مکان و زمان - معادله - 8 برای بافتهای مختلف به طور جداگانه و مقایسه همه آنها با هم در اثر اشعه دهی غیر مستقیم توسط نانوذرات طلا را ترسیم کرده ایم.
