اثر سطح- مقطع تابش فراصداي متمركز پر- شدت (هايفو) بر توزيع حرارتي بافت هدف

Effect of cross-sectional area of high-intensity focused ultrasound (HIFU) on the thermal distribution of the target tissue

فن‌آوري هايفو به عنوان روش درماني غير‌تهاجمي مبتني بر تبديل انرژي صوتي به انرژي حرارتي به صورت كانوني در ناحيه هدف است. در اين تحقيق اثر سطح- مقطع تابش بر توزيع حرارت در بافت هدف بررسي مي‌شود. براي بررسي اثر سطح- مقطع تابش، در اين مطالعه از روش عنصر متناهي و نرم‌افزار شبيه‌سازي كامسول، در حالت انتشار خطي امواج فراصدا استفاده شد. در بيشينه شدت صوتي ورودي 10 وات بر سانتي‌مترمربع، معادله موج فشار با در نظر گرفتن سيال گرمالزج، در دو سطح- مقطع 1/5 و 0/8 سانتي‌مترمربع حل شد. براساس معادله انتقال حرارتي پنس، توزيع ميدان حرارتي در بافت پوست، چربي زير پوستي و ماهيچه محاسبه شدند. براي اعتبارسنجي نتايج شبيه‌سازي، همبستگي نتايج حاصل از الگوي رياضي و نتايج تجربي با سطح اطمينان 95 درصد ارزيابي شدند (عدد p كم‌تر از 0/05). در شدت صداي ورودي 10 وات بر سانتي‌مترمربع و در فاصله كانوني 4/5 ميلي‌متر از سطح پوست، با افزايش سطح- مقطع از 0/8 به 1/5 سانتي‌مترمربع، بيشينه فشار صدا از 8/6 به 20/9 مگاپاسكال و بيشينه دما از 60 به 139 درجه سلسيوس افزايش يافت. نتايج نشان دادند، توزيع فشار صدا و دُز حرارتي بافت هدف به سطح مقطع تراگذارهاي صدا وابسته است. نتيجه‌گيري مي‌شود براي دستيابي به پروتكل درمان منتخب، بايستي طرح درمان براساس ورودي تابش و مشخصات فيزيكي بافت شبيه‌سازي شود.

HIFU technology is a non-invasive treatment method based on the conversion of acoustic energy into thermal energy focused on the target area. In this study, the effect of radiation cross- section on heat distribution in the target tissue is investigated. To investigate the effect of radiation cross- section, in this study, finite element method and COMSOL simulation software were used in the linear emission mode of ultrasonic waves. At a maximum input sound intensity of 10 W/cm2, the pressure wave equation was solved by considering thermo-viscous fluid at two cross- sections of 1.5 and 0.8 cm2. Based on the Pennes heat transfer equation, the heat field distribution in skin tissue, subcutaneous fat, and muscle was calculated. To validate the simulation results, the correlation between the results of the mathematical model the experimental method with a 95% confidence level (p<0.05) was evaluated. At an input sound intensity of 10 W/ cm2 and at a focal length of 4.5 mm from the skin surface, with an increase in cross- section from 0.8 to 1.5 cm2, the maximum sound pressure from 8.6 to 20.9 MPa and the maximum temperature from 60 to 139 °C. The results showed that the sound pressure distribution and the thermal dose of the target tissue depended on the cross-sectional area of the sound transducers. It is concluded that in order to achieve the selected treatment protocol, the treatment plan should be simulated based on radiation input and physical characteristics of the tissue.