微气泡增强的跨头骨MR指导的聚焦超声波大脑高温症:使用有限元素方法研究加热机制
Zhouyang Xu1, Xiangkun Piao1, Mingyu Wang1
1Translational Research in Ultrasound Theranostics Laboratory, School of Biomedical Engineering, ShanghaiTech University, Shanghai, China; State Key Laboratory of Advanced Medical Materials and Devices, ShanghaiTech University, Shanghai, China.
Ultrasonics sonochemistry
|May 3, 2024
概括
微气泡通过降低所需功率显著增强了跨的MR引导聚焦超声波 (MRgFUS) 过热. 这项研究揭示了微气泡的声学发射和粘性消散是驱动这种效应的关键机制.
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 声学物理 声学物理
- 治疗性的超声波.
背景情况:
- 导向MR的聚焦超声波 (MRgFUS) 能够同时实现跨热和血脑屏障的开放.
- 微气泡 (MBs) 之前已经被证明可以降低动物MRgFUS高温所需的超声波功率.
- MB增强的MRgFUS高热的潜在机制仍然不清楚.
研究的目的:
- 为了阐明微泡增强背后的机制在横MR引导聚焦超声波 (MRgFUS) 过热症.
- 在这个过程中研究微气泡声波发射 (MAE) 和粘性散射 (VD) 的作用.
主要方法:
- 使用有限元法进行数值模拟.
- 在脑组织中模拟FUS的声波传播.
- 使用泡动力学方程来模拟FUS下的MB振荡.
- 使用修改后的生物热传递方程来模拟温度变化.
- 泡外能量损失的理论建模.
主要成果:
- MAE导致了额外的40.5%的温度升高.
- 视觉疾病导致了额外的52.3%的温度升高.
- 总体而言,与FUS单独相比,MBs增加了64.0%的温度升高,与实验发现保持一致.
结论:
- 微气泡声波发射 (MAE) 和粘性消散 (VD) 是导致增强的跨 MRgFUS 过热的主要机制.
- 了解这些机制可以优化药物输送和使用MRgFUS的治疗策略.
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