تخمين توزيع فشار صوتي حاصل از تراگذار فراصدايي 1 مگاهرتز به منظور ارايه طرح درمان فراصدايي در روش‌هاي مبتني بر هايپرترمي

Estimation of ultrasound pressure distribution due to 1 MHz ultrasonic transducer for ultrasonic treatment planning in hyperthermia methods

يكي از روش‌هاي درماني سرطان استفاده از هايپرترمي با تابش امواج فراصدايي به طور مجزا و يا تركيبي با ساير روش‌هاي درماني مانند راديوتراپي و شيمي‌درماني است. اما به دليل عدم توزيع مناسب تابش فراصدايي در بافت تحت درمان و عدم دستيابي به طرح درمان مناسب در طول تابش‌دهي، دماي بافت به درستي مهار نمي‌شود. لذا در مطالعه حاضر به منظور ارايه پروتكل طرح درمان فراصدايي، از انتگرال رايلي براي الگوسازي انتشار صدا استفاده شده است. در اين مطالعه الگوي انتگرال رايلي براي دو تراگذار (مبدل) فراصداي 1 مگاهرتز با سطح موثر تابش 8/0 و 0/5 سانتي مترمربع در شدت‌هاي متغير در مختصات استوانه‌اي حل شده است. توزيع فشار صوتي در راستاي محوري، شعاعي و زاويه‌اي استخراج شد. به منظور اعتبارسنجي نتايج حاصل از الگوسازي، مقدار فشار صوتي در محيط آب و در فاصله مرز ميدان نزديك- دور از سطح تراگذارهاي (مبدل‌هاي) فراصدايي، با استفاده از هيدروفون پيستوني اندازه‌گيري شد. نتايج فشار صوتي حاصل از الگوسازي و اندازه‌گيري تجربي نشان مي‌دهند كه اين الگو داراي سازگاري و توافق خوبي با نتايج تجربي با ضريب همبستگي 82/0 مي‌باشد (عدد p كوچك‌تر از 05/0). ميانگين خطاي نسبي تمام نقاط براي تراگذار (مبدل) فراصدا با بسامد 1 مگاهرتز و سطح مقطع تابش 5 سانتي‌مترمربع، 34/7 درصد و خطاي نسبي نقاط در بازه 5/1 تا 2/14 درصد قرار دارد. از اين الگو مي‌توان با دقت قابل قبولي براي الگو‌سازي انتشار صدا در بافت زنده و انجام گام اول در طرح درمان روش هايپرترمي استفاده نمود.

One of cancerʹs therapeutic methods is applying ultrasound induced hyperthermia independently or in combination with other therapeutic methods like radiotherapy and chemotherapy. Because of improper distribution of sonication in tissue under treatment and not achieving to a suitable treatment planning during sonication, tissue temperature do not regulate correctly. So in this study to achieve ultrasonic treatment planning protocol, Rayleigh integral has been used for modeling propagation of sound. In this study, Rayleigh integral for two 1 MHz ultrasonic transducers have been solved in cylindrical coordinates for the purpose of estimating effects of 0.8 and 5.0 cm2 effective radiation area and different intensities. Ultrasonic pressure distribution in axial, radial and angular directions were extracted. For validation of modeling results, acoustic pressure value in aqueous medium and at specific distances from transducer face has been measured using piston hydrophone. The results show that there are good agreement between modeling results and experimental measurements with 0.82 correlation of coefficient (p-value < 0.05). The mean relative error is 7.34 percent for 5.0 cm2 effective radiation area with 1.5 to 14.2 percent interval. It is concluded that this model is capable of modeling sound propagation in tissue and performing first step in hyperthermia treatment planning with acceptable accuracy.