Wpływ zmienności właściwości fizycznych tkanki na rozkład temperatury w tkance przy terapeutycznym oddziaływaniu ultradźwięków

• Autorzy: Kruglenko E.

Warianty tytułu

EN

The influence of the physical parameters of tissue on the temperature distribution during ultrasound interaction

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł dotyczy numerycznego wyznaczania in vivo przestrzennego i czasowego rozkładu temperatury po oddziaływaniu na tkankę zogniskowaną wiązką ultradźwiękową małej mocy. Celem pracy jest analiza wpływu parametrów fizycznych tkanki na rozkład temperatury oraz przedstawienie wyników obliczeń dla modelu wątroby szczura, w którym uwzględniono zależność parametrów fizycznych tkanki od temperatury. Wykazano, że przewidywana temperatura tkanki po 20-minutowym oddziaływaniu w większym stopniu zależy od zmiany przewodnictwa cieplnego tkanki niż od jej ciepła właściwego. Parametry materiałowe wody i tkanki wątroby przyjęto na podstawie danych z literatury. Założono, że geometria modelu numerycznego odpowiada rzeczywistemu położeniu obszaru oddziaływania względem głowicy emitującej zogniskowaną wiązkę ultradźwiękową.

EN

The paper concerns the numerical calculation of the spatiotemporal distribution of the temperature field induced by a low power focused ultrasound beam within tissues in vivo. The aim of the study was to analyze the influence of various tissue parameters on the temperature distribution and to present the results of calculations for the rat liver model, taking into account the dependence of physical parameters on the temperature. It was shown that the predicted tissue temperature after 20 minutes of interaction depends more on the tissue thermal conductivity than its heat capacity. The material parameters of water and liver tissue were taken from the literature, and the geometry of numerical model corresponds to the actual location of the interaction area of the transducer emitting highly focused ultrasound beam.

Słowa kluczowe

PL

ultradźwięki; rozkład temperatury; tkanka miękka; przewodność cieplna; ciepło właściwe

EN

infrasounds; temperature distribution; soft tissue; thermal conductivity; heat capacity

• Wydawca: Jacek Doskocz
• Czasopismo: Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 18, nr 4
• Strony: 250--254
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz.

Twórcy

autor

Kruglenko E.

• Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk, ul. A. Pawińskiego 5B, 02-106 Warszawa, tel. [phone]

Bibliografia

• 1. E.E. Konofagou, J.J. Choi: Ultrasound-induced treatment of neurodegenerative diseases across the blood-brain barrier [w:] A. Al-Jumaily, A. Alizad (ed.): Biomedical applications of vibration and acoustics in therapy, bioeffect and modeling, ASME, 2008.
• 2. B. Gambin, T. Kujawska, E. Kruglenko, A. Mizera, A. Nowicki: Temperature field induced by low power focused ultrasound on soft tissues during gene therapy. Numerical predictions and experimental results, Archives of Acoustics, vol. 34(4), 2009, s. 445-459.
• 3. A. Nowicki: Terapeutyczne zastosowanie ultradźwięków, Ultrasonografia, vol. 34(8), 2008, s. 9-17.
• 4. J.W. Valvano: Bioheat Transfer, Wiley, Austin 2005.
• 5. N.M. Kharalkar, L.J Hayes, J.W. Valvano: Pulse-power integrated-decay technique for the measurement of thermal conductivity, Meas Sci Technol, vol. 19 (075104), 2008, s. 1-10.
• 6. A. Bhattacharya, R.L. Mahajan: Temperature dependence of thermal conductivity of biological tissues, Physiol Meas, vol. 24(3), 2003, s. 769-783.
• 7. M.A. Rincon, J. Limaco, I-Shih Liu: A nonlinear heat equation with temperature-dependent parameters, Mathematical Physics Electronic Journal, vol. 12(5), 2006, s. 1-21.
• 8. D. Haemmerich, I. dos Santos, D.J. Schutt, J.G. Webster, D.M. Mahvi: In vitro measurements of temperature-dependent specific heat of liver tissue, Med Eng Phys, vol. 28, 2006, s. 194-197.
• 9. http://users.ece.utexas.edu/~valvano/research/Thermal.pdf
• 10. E. Kruglenko, B. Gambin: Numerical modeling of the heating area and heat sources intensities in rat liver in vivo, due to the concentrated ultrasound beam of low intensity, Materiały Konferencyjne, 57 Otwarte Seminarium z Akustyki, Gliwice 2010, s. 103-106.
• 11. E. Kruglenko, B. Gambin: Some aspects of numerical modeling of temperature increase due to ultrasound beam irradiation of rat liver, Hydroacoustics, vol. 14, 2011, s. 99-110.
• 12. B. Gambin, E. Kruglenko, T. Kujawska, M. Michajłow: Modeling of tissue in vivo heating induced by exposure to therapeutic ultrasound, Acta Physica Polonica A, vol. 119, 2011, s. 950-956.
• 13. T. Kujawska, J. Wójcik, A. Nowicki: Temperature field induced in rat liver in vitro by pulsed low intensity focused ultrasound, Hydroacoustics, vol. 13, 2010, s. 153-162.
• 14. T. Kujawska, J. Wójcik, A. Nowicki, T. Kujawska, J. Wójcik, A. Nowicki: Heating of tissues in vivo by pulsed focused ultrasound to stimulate enhanced HSPs expression, AIP Conference Proceedings, vol. 1359, 2010, s. 24-29.
• 15. http://www.engineeringtoolbox.com/water-thermal-properties-d_162.html