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

Czasopismo : Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna
Tytuł artykułu : Wpływ zmienności właściwości fizycznych tkanki na rozkład temperatury w tkance przy terapeutycznym oddziaływaniu ultradźwięków

Autorzy :
Kuciel-Lewandowska, J.
Katedra Fizjoterapii, Akademia Medyczna we Wrocławiu, ul. Grunwaldzka 2, 50-355 Wrocław, tel. +48 71 784 01 83, jadwiga.kuciel-lewandowska@am.wroc.pl,
Marcinkiewicz, M.
Katedra Fizjoterapii, Akademia Medyczna we Wrocławiu, ul. Grunwaldzka 2, 50-355 Wrocław, tel. +48 71 784 01 83,,
Kierzek, A.
Katedra Fizjoterapii, Akademia Medyczna we Wrocławiu, ul. Grunwaldzka 2, 50-355 Wrocław, tel. +48 71 784 01 83,,
Pozowski, A.
Katedra Fizjoterapii, Akademia Medyczna we Wrocławiu, ul. Grunwaldzka 2, 50-355 Wrocław, tel. +48 71 784 01 83,,
Ratajczak, B.
Katedra Fizjoterapii, Akademia Wychowania Fizycznego we Wrocławiu, al. I. J. Paderewskiego 35, 51-629 Wrocław,
Boerner, E.
Katedra Fizjoterapii, Akademia Wychowania Fizycznego we Wrocławiu, al. I. J. Paderewskiego 35, 51-629 Wrocław,
Dąbrowski, D.
Katedra Fizjologii i Biochemii, Akademia Wychowania Fizycznego we Wrocławiu, al. I. J. Paderewskiego 35, 51-629 Wrocław, tel. +48 71 347 33 59, 39059@student.awf.wroc.pl,
Ochmann, B.
Katedra Fizjologii i Biochemii, Akademia Wychowania Fizycznego we Wrocławiu, al. I. J. Paderewskiego 35, 51-629 Wrocław, tel. +48 71 347 33 59,
Barczyk-Pawelec, K.
Katedra Fizjoterapii Akademii Wychowania Fizycznego we Wrocławiu, al. I. J. Paderewskiego 35, 51-629 Wrocław, tel. +48 71 347 30 85, katarzyna.barczyk@awf.wroc.pl,
Giemza, C.
Katedra Fizjoterapii Akademii Wychowania Fizycznego we Wrocławiu, al. I. J. Paderewskiego 35, 51-629 Wrocław, tel. +48 71 347 30 85,
Jastrzębska, R.
Katedra Fizjoterapii Akademii Wychowania Fizycznego we Wrocławiu, al. I. J. Paderewskiego 35, 51-629 Wrocław, tel. +48 71 347 30 85,
Hawrylak, A.
Katedra Fizjoterapii Akademii Wychowania Fizycznego we Wrocławiu, al. I. J. Paderewskiego 35, 51-629 Wrocław, tel. +48 71 347 30 85,
Kaczkowska, A.
Katedra Fizjoterapii Akademii Wychowania Fizycznego we Wrocławiu, al. I. J. Paderewskiego 35, 51-629 Wrocław, tel. +48 71 347 30 85,
Kuczyński, M.
Katedra Fizjoterapii i Terapii Zajęciowej, Wydział Fizjoterapii, Akademia Wychowania Fizycznego we Wrocławiu, 51-612 Wrocław, tel. + 48 71 347 30 74, michal.kuczynski@awf.wroc.pl,
Podbielska, M.
Katedra Fizjoterapii i Terapii Zajęciowej, Wydział Fizjoterapii, Akademia Wychowania Fizycznego we Wrocławiu, 51-612 Wrocław, tel. + 48 71 347 30 74,
Bieć, D.
Katedra Fizjoterapii i Terapii Zajęciowej, Wydział Fizjoterapii, Akademia Wychowania Fizycznego we Wrocławiu, 51-612 Wrocław, tel. + 48 71 347 30 74,
Paluszak, A.
Katedra Fizjoterapii i Terapii Zajęciowej, Wydział Fizjoterapii, Akademia Wychowania Fizycznego we Wrocławiu, 51-612 Wrocław, tel. + 48 71 347 30 74,
Kręcisz, K.
Katedra Biomechaniki, Wydział Wychowania Fizycznego i Fizjoterapii, Politechnika Opolska, ul. Prószkowska 76, 45-758 Opole,
Kruglenko, E.
Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk, ul. A. Pawińskiego 5B, 02-106 Warszawa, tel. +48 22 826 12 81, ekrug@ippt.gov.pl,
Abstrakty : 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.

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 : ultradźwięki, rozkład temperatury, tkanka miękka, przewodność cieplna, ciepło właściwe, infrasounds, temperature distribution, soft tissue, thermal conductivity, heat capacity,
Wydawnictwo : Indygo Zahir Media
Rocznik : 2012
Numer : Vol. 18, nr 4
Strony : 250 – 254
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
DOI :
Cytuj : Kuciel-Lewandowska, J. ,Marcinkiewicz, M. ,Kierzek, A. ,Pozowski, A. ,Ratajczak, B. ,Boerner, E. ,Dąbrowski, D. ,Ochmann, B. ,Barczyk-Pawelec, K. ,Giemza, C. ,Jastrzębska, R. ,Hawrylak, A. ,Kaczkowska, A. ,Kuczyński, M. ,Podbielska, M. ,Bieć, D. ,Paluszak, A. ,Kręcisz, K. ,Kruglenko, E. , Wpływ zmienności właściwości fizycznych tkanki na rozkład temperatury w tkance przy terapeutycznym oddziaływaniu ultradźwięków. Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna Vol. 18, nr 4/2012
facebook