بهينه سازي شاخص هاي ميدان گرمايي امواج پرشدت متمركز فراصوت: شبيه ساز هايفو

Optimization of thermal field parameters of the High Intensity Focused Ultrasound: HIFU simulator

زمينه: امواج پرشدت متمركز فراصوت (هايفو) يك روش غيرتهاجمي و موثر براي درمان تومورهاست. بسامد و توان صوت از شاخص هاي تاثيرگذار در نحوه توزيع دما و ميزان آسيب بافتي هستند. هدف: مطالعه به منظور بهينه سازي بسامد و توان صوت و دست يابي به ميدان هاي دمايي و گرماي مناسب انجام شد. مواد و روش ها: اين مطالعه تحليلي در سال 1392 در كرمانشاه انجام شد. شبيه سازي ها در نرم افزار MATLAB (شبيه ساز هايفو) و شبيه سازي انتشار امواج صوتي در محيط، با استفاده از معادله موج غيرخطي كي زدكي انجام شد. به منظور محاسبه دماي گذرا در بافت كبد از معادله بيوهيت پنس استفاده شد. تراگردان در بازه بسامدي 2، 3 و 4 مگاهرتز و توان هاي 50، 100 و 150 وات ارزيابي شد. يافته ها: دماي نقطه كانون در شرايط استفاده از بسامد 2 مگاهرتز و توان هاي 50، 100 و 150 وات به ترتيب به 5/44، 55 و 75 درجه سانتي-گراد رسيد. در بسامد 3 مگاهرتز با توان هاي مذكور نيز دما به ترتيب به 5/47، 67 و 94 درجه سانتي گراد رسيد. نتيجه دماي بسامد 4 مگاهرتز نيز به ترتيب عبارت بود از: 6/45، 55 و 67 درجه سانتي گراد. بسامدهاي 2، 3 و 4 مگاهرتز با توان 150 وات و بسامد 3 مگاهرتز با توان 100 وات مقدار گرماي قابل ملاحظه اي را ايجاد كردند. نتيجه گيري: با به كارگيري بسامد 2 مگاهرتز و توان 150 وات، مي توان به مقدار گرماي بيش تري در مدت زمان تابش يكساني رسيد. در تخريب تومور هاي بزرگ تر، اين شاخص ها مدت زمان درمان و عوارض جانبي درمان را كاهش مي دهند.

Background: The High intensity focused ultrasound (HIFU) is a noninvasive and effective technique for tumor ablation. Frequency and acoustic power are effective parameters for temperature distribution and the extent of tissue damage. Objective: The aim of this study was to optimize the frequency and acoustic power and to achieve appropriate temperature and thermal fields. Methods: This analytical study was conducted in Kermanshah, 2014. Computer simulation was performed using MATLAB software (HIFU simulator toolbox). The KZK nonlinear wave equation was used to model sound propagation. The Bio heat equation was used to calculate the transient temperature in the liver tissue. Extracorporeal transducer was assessed over a frequency range of 2, 3 and 4 MHz and a power range of 50, 100 and 150 W. Findings: In 2 MHz frequency, the temperature in the focal point reached to 44.5°C, 55°C and 75°C for 50, 100 and 150-W power, respectively. In 3 MHz frequency and the mentioned powers, the temperature reached to 47.5°C, 67°C and 94°C, respectively. The temperature reached to 45.5°C, 55 °C and 67 °C in 4 MHz frequency, respectively. 2, 3 and 4 MHz frequencies with 150-W power and 3 MHz frequency with 100-W power induced considerable extent of thermal dose. Conclusion: 2-MHz frequency and 150W power can lead to more thermal dose in the same exposure time. These parameters can reduce treatment period and complications in larger tumors ablation.