دانلود پایان نامه ارشد :مدل سازی درمان سرطان به روش هایپرترمیای نانو سیال مغناطیسی در تومورهای سه بعدی

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مکانیک

گرایش : تبدیل انرژی

عنوان : مدل سازی درمان سرطان به روش هایپرترمیای نانو سیال مغناطیسی در تومورهای سه بعدی

دانشکده مهندسی مکانیک 

پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکانیک (گرایش تبدیل انرژی) 

مدل سازی درمان سرطان به روش هایپرترمیای نانو سیال مغناطیسی در تومورهای سه بعدی

 استاد راهنما:

دکتر  علی اکبر گلنشان

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

روش گرمادرمانی به کمک نانوسیال مغناطیسی به عنوان یک روش درمانی سرطان به کار برده می­شود که در آن نانوسیال مغناطیسی مستقیما به محل تومور تزریق می­شود. سپس با اعمال میدان مغناطیسی به محل، نانوسیال نقش منبع گرما را داشته که منجر به افزایش دمای تومور می­شود. در اثر این گرما، سلول­های سرطانی با افزایش دما تا 42 درجه سلسیوس از بین می­روند، درحالی که به سلول­های سالم در این دما آسیبی وارد نمی­شود. لذا تحلیل گرما و نحوه­ی توزیع دمای درون تومور و بافت سالم اطراف آن از اهمیت ویژه­ای برخوردار است، زیرا به وسیله­ی شبیه­سازی، پزشک می­تواند فرکانس، قدرت میدان و زمان درمان را برای رسیدن به نتیجه­ی مطلوب تعیین نماید. در این تحقیق از یک هندسه­ی واقعی که از عکس­های CT بدست آمده بود، جهت مدلسازی استفاده شد و نقش فرکانس،میزان تزریق نانوسیال به تومور و اندازه­ی تومور مورد بررسی قرار گرفت. همچنین در انتها فرکانس­های قابل اعمال به تومور جهت رسیدن به نتیجه­ی مطلوب مورد بررسی قرار گرفت.

فهرست مطالب

عنوان………………………………………………………………………………………….صفحه

فصل اول:مقدمه………………………………………………………………………………………………….2

    1-1-پیشگفتار……………………………………………………………………………………………………2

    1-2- اصول هایپرترمیا……………………………………………………………………………………………………………3

    1-3- مکانیزم حرارت دهی…………………………………………………………………………………………………….5

    1-4-  میزان جذب امواج الکترومغناطیسی(EM)…………………………………………………………………5

        1-4-1-  هایپرترمیای تابشی……………………………………………………………………………………………6

        1-4-2- هایپرترمیا با القای مغناطیسی……………………………………………………………………………7

        1-4-3-  امواج مافوق صوت……………………………………………………………………………………………..7

    1-5- حالات کاربرد………………………………………………………………………………………………………………..8

        1-5-1- هایپرترمیای محلی……………………………………………………………………………………………..8

        1-5-2- هایپرترمیای محلی خارجی………………………………………………………………………………..9

        1-5-3- هایپرترمیای محلی درون مجرایی………………………………………………………………………9

        1-5-4- هایپرترمیای محلی بینابینی…………………………………………………………………………….10

        1-5-5- هایپرترمیای منطقه­ای……………………………………………………………………………………..10

        1-5-6- گرمایش عمیق منطقه­ای…………………………………………………………………………………10

        1-5-7- هایپرترمیای پرفیوژن منطقه­ای……………………………………………………………………….11

        1-5-8- هایپرترمیای کل بدن……………………………………………………………………………………….12

        1-5-9- هایپرترمیا با استفاده از  نانوذرات……………………………………………………………………13

    1-6- عوارض جانبی هایپرترمیا…………………………………………………………………………………………..14

    1-7- نتیجه­گیری…………………………………………………………………………………………………………………14

فصل دوم: پیشینه تحقیق…………………………………………………………………………………17

    2-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………17

    2-2- تحقیقات پیشین………………………………………………………………………………………………………..17

    2-3- هدف از انجام تحقیق…………………………………………………………………………………………………21

فصل سوم: تئوری حل جریان و معادلات انتقال حرارت……………………………………….24

    3-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………24

        3-1-1- مدل سازی ریاضی معادلات حرارتی زیستی…………………………………………………..25

        3-1-2- مدل کلی انتقال جریان در بافت های بیولوژیک……………………………………………..26

        3-1-3- معادلات حاکم………………………………………………………………………………………………….27

    3-2- معاملات جریان حاکم بر محیط متخلخل…………………………………………………………………28

        3-2-1- معادلات مومنتوم به کار رفته در مدل محیط متخلخل………………………………….29

        3-2-2- قانون دارسی در محیط متخلخل…………………………………………………………………….30

        3-2-3- تلفات اینرسی در محیط متخلخل…………………………………………………………………..30

    3-3- معادلات انرژی در محیط متخلخل……………………………………………………………………………31

        3-3-1- حالت تعادل دمایی…………………………………………………………………………………………..31

        3-3-2- حالتی که محیط جامد با سیال در تعادل دمایی نباشد………………………………….31

    3-4- تاثیر تخلخل بر معادلات اسکالر گذرا با زمان……………………………………………………………32

    3-5- تعیین متغیرهای ورودی  و  در محیط متخلخل………………………………………………33

        3-5-1- استفاده از معادله‌ی ارگان جهت تعیین متغیرهای محیط متخلخل………………33

        3-5-2- استفاده از داده‌های تجربی برای محاسبه‌ی  و ………………………………………33

    3-6- مدل محیط متخلخل بر اساس سرعت فیزیکی (واقعی)……………………………………………34

    3-7- معادلات مربوط به حل اسکالر……………………………………………………………………………………35

فصل چهارم: مکانیزم اتلاف حرارت در نانو ذرات………………………………………………..38

    4-1- پیشینه………………………………………………………………………………………………………………………..38

       4-1-1- گرمای اتلافی……………………………………………………………………………………………………..38

       4-1-2- اجزاء حساسیت………………………………………………………………………………………………….39

       4-1-3- محاسبه میزان دمای افزایش یافته……………………………………………………………………40

    4-2- مدل MHD برای حل معادلات مغناطیس……………………………………………………………….41

       4-2-1- تئوری مدل MHD……………………………………………………………………………………………42

       4-2-2- معادلات حاکم……………………………………………………………………………………………………42

       4-2-3- روش القای مغناطیسی………………………………………………………………………………………44

       4-2-4- روش پتانسیل الکتریکی…………………………………………………………………………………….45

       4-2-5- شکل های مختلف میدان­های مغناطیسی………………………………………………………..46

فصل پنجم: نحوه انجام تحقیق………………………………………………………………………….49

    5-1- اصول کار دستگاه CT……………………………………………………………………………………………….49

    5-2- جمع آوری عکس های CT……………………………………………………………………………………….50

    5-3- آماده سازی عکس CT………………………………………………………………………………………………50

    5-4- شبکه بندی تومور……………………………………………………………………………………………………..52

    5-5- نحوه­ی حل معادلات القای مغناطیسی و پتانسیل الکتریکی……………………………………56

        5-5-1- محاسبه متغیرهای مدل MHD……………………………………………………………………..57

        5-5-2- نحوه ی تداخل مدل MHD با جریان سیال………………………………………………….57

    5-6- شرایط مرزی اعمال شده بر روی مدل……………………………………………………………………..58

        5-6-1- شرایط دمایی بر روی سطوح…………………………………………………………………………..58

        5-6-2- شرایط اعمال شده برای حل معادله ی اسکالر……………………………………………….58

        5-6-3- شرایط مرزی برای مدل MHD………………………………………………………………………59

    5-7- نحوه ی مدل سازی پرفیوژن خون……………………………………………………………………………59

فصل ششم: نتایج…………………………………………………………………………………………….63

    6-1- اعتبارسنجی………………………………………………………………………………………………………………..63

       6-1-1- اعتبارسنجی پخش نانوسیال……………………………………………………………………………..63

       6-1-2- اعتبارسنجی افزایش دمای تومور ……………………………………………………………………..65

    6-2- مطالعه ی شبکه………………………………………………………………………………………………………….68

    6-3- تاثیر فرکانس در تولید گرما……………………………………………………………………………………….76

    6-4- بررسی تاثیر مقدار تزریق نانوسیال…………………………………………………………………………….83

    6-5- تاثیر اندازه­ی تومور در روند درمان…………………………………………………………………………….96

    6-6- فرکانس قابل اعمال جهت درمان تومور…………………………………………………………………..106

    6-7- نتیجه­گیری………………………………………………………………………………………………………………113

    6-8- پیشنهادها………………………………………………………………………………………………………………..116

منابع………………………………………………………………………………………………………………117

پیشگفتار

هایپرترمیا (گرما درمانی) یک روش درمانی مورد استفاده در درمان سرطان است که در آن با بالا بردن درجه حرارت بافت های بدن در حدود° C 43-41 از طریق استفاده از انرژی الکترومغناطیسی، طی یک دوره زمانی تعریف شده، سلول های سرطانی از بین می روند.

     هایپرترمیا تقریبا همیشه با دیگر اشکال درمان سرطان مورد استفاده قرار می­گیرد. هایپرترمیا به همراه پرتودرمانی یا شیمی درمانی نتایج بهتری داشته است. در نتایج بالینی تومورهای انتخاب شده، کنترل موضعی تومور بهتر بوده و یا بهبود کلی حاصل شده است. این نتایج  برای تومورهای مثانه، سینه، سر و گردن و بافت های نرم نشان داده شده است.

     خواص هایپرترمیا (گرما درمانی) از زمان های قدیم شناخته شده بوده است. در پایان قرن 19، ویلیام کولی[1](ویلیام کولی،1891) با تولید گرما از طریق عفونت بوسیله  باکتری ها و یا تزریق عصاره باکتریایی به منظورایجاد تب، درمان بیماران مبتلا به سرطان را بررسی کرد. علاقه به استفاده از هایپرترمیا برای درمان سرطان در دهه ی 1960 بیشتر شد، از این رو دستگاه های مختلفی برای تولید هایپرترمیای سیستمیک یا هایپرترمیا در بخش های انتخاب شده از بدن ساخته شد.

     در 15 سال گذشته، تحولات و فن آوری های جدید، هایپرترمیا را به یک درمان ارزشمند برای برخی از تومورها تبدیل کرده  است. با این حال، امروزه  هایپرترمیا  به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته و سه روش درمان جراحی، پرتو درمانی و شیمی درمانی، روش های اصلی  درمان سرطان هستند، زیرا در طول دهه ی گذشته این روش ها با توجه به تاریخ طولانی خود و نتایج امیدوار کننده­ی حاصل از آنها مقبولیت داشته­اند.

     همچنین روش هایپرترمیا در درمان سرطان تا به حال نتایج بحث برانگیز و دوسویه در جامعه پزشکی داشته است. علاوه بر این، استفاده نادرست به خصوص در زمان آغاز استفاده از آن که مربوط به 10 سال پیش می باشد و روش های نامناسب سبب شد تا از این روش به صورت محدود استفاده شود.

     از جمله چالش های فنی در ارائه­­­­­­ی­ درمان می­توان به مشکل بودن در دستیابی به دمای درمانی مورد نظر برای تومورهای عمیق اشاره کرد که استفاده­ی گسترده از هایپرترمیا را کاهش می­دهد (هرویتز و همکاران[2]،2011 ). چالش دیگر هایپرترمیا این است که با وجود اصل ساده آن، به مراقبت دائمی از سوی پرسنل پزشکی در مقایسه با رادیودرمانی و یا شیمی درمانی نیازمند است که زمان درمان را طولانی­تر می­کند. امروزه پیشرفت­های بسیاری در زمینه­ی فن آوری حرارت­دهی، گرماسنجی، توسعه­ی مدل های برنامه­ریزی درمان به کمک هایپرترمیا و اخیرا دادن گرما با استفاده از مواد حساس به دما مانند نانوذرات (چروکوری و همکاران[3] ،2010) و لیپوزوم ها (لندن و همکاران[4]،2011 ) صورت گرفته که باعث بهبود استفاده از این روش شده است.

     در ادامه باید گفت که نتایج مثبت حاصل از مطالعات اخیر، اشتیاق تازه­ای در افزایش تعداد موسسات علاقه­مند به استفاده از هایپرترمیا را توجیه می­کند. در حال حاضر، استفاده از هایپرترمیا در مراکز تحقیقاتی بالینی و کلینیک های خصوصی به ویژه در اتریش، چین، آلمان، ایتالیا، ژاپن، آمریکای شمالی، سوئیس و هلند مورد استفاده قرار می گیرد.

1-2- اصول هایپرترمیا

هایپرترمیا یک اصطلاح عام است و تمامی روش های گرما درمانی را در بر می گیرد. در این روش ها، دمای بافت سرطانی و یا کل بدن تا محدوده­ی ° C 43-41 با استفاده از انرژی الکترومغناطیسی دریک دوره­ی زمانی تعریف شده بالا برده می‌شود. این عمل موجب آسیب زدن به سلول های سرطانی و از بین بردن آن­ها می شود. بالاتر از این محدوده­ی دمایی، گرما علاوه بر اثرگذاری مستقیم بر روی سلول­های سرطانی، روی سلول های عادی هم اثر گذاشته و موجب از بین رفتن سلول های سالم می­گردد که به آن تخریب حرارتی می گویند. نوع دیگری از درمان که با استفاده از دمای زیر° C50- صورت می گیرد، کرایوسرجری[5]  نامیده می شود.

     هایپرترمیا باعث ایجاد تغییرات نامحسوسی در فیزیولوژی بافت می­شود. افزایش درجه حرارت با توجه به تغییرات هایپرترمیا، روند طبیعی تومور را تغییر داده و از این رو تمرکز اکسیژن در آن منطقه را زیاد می کند (فرانکنا[6] ،2010 ). اکسیژن بافت شدیدا به نفوذپذیری (پرفیوژن) خون مرتبط است که توسط هایپرترمیا تغییر می یابد.

     همچنین، افزایش درجه حرارت ممکن است باعث کم شدن سرعت و یا حتی جلوگیری از همانندسازی DNA و یا مانع مکانیسم های ترمیم و بازسازی سلولی شود و پروتئین های طبیعی یا ماهیت چیزی را عوض کند (کراوزیک[7]،2011 ). لنفوسیت ها، که به تعداد زیادی در خون و همچنین بین سلول های بدن وجود دارند در دمای بالاتر اثرگذاری بیشتری خواهند داشت.

     اثرات هایپرترمیا بر روی سرطان پیچیده است. همه­ی این وقایع به طور قابل توجهی می- تواند توانایی سلول تومور به تقسیم شدن را کم کرده و در نهایت منجر به انقباض تومور شود. در حقیقت، تخریب بافت ناشی از هایپرترمیا در دو فاز مجزا رخ می دهد؛ فاز اولیه، تخریب ناشی از حرارت مستقیم است که عمدتا توسط کل انرژی اعمال شده به تومور، ساختار تومور و محیط اطراف آن تعیین می شود. فاز دوم، تخریب غیر مستقیم است که به ایجاد پیشرفت تخریب در بافت منجر می شود. اثرات حرارت در افزایش دمای بافت، به میزان کل انرژی حرارتی اعمال شده، نرخ دفع حرارت و حساسیت حرارتی بافت بستگی دارد. علاوه بر این، شکل، نوع و اندازه­ی بافت و یکنواختی توزیع دما می­تواند بر تخریب عناصر سلولی تاثیر بگذارد.               

     هایپرترمیا به چند روش استفاده می شود که رایج ترین روش، هایپرترمیای محلی با استفاده از انرژی الکترومغناطیسی برای گرم کردن تومور است که این تومور ممکن است در نقاط مختلف بدن قرار داشته باشد. هایپرترمیای محلی در درجه اول برای سرطان سینه، تومورهای پیشرفته لگن و … و در درجه دوم برای گره های لنفاوی سطحی، پروستات، و بافت های پوستی یا زیر پوستی استفاده می شود.

     به طور کلی از هایپرترمیا می توان برای درمان سرطان در تمامی مراحل استفاده نمود؛ هرچند در حال حاضر استفاده ی اصلی از آن برای تومورهای جامد پیشرفته که به سختی قابل درمان بوده و یا غیر قابل جراحی هستند و یا مواردی که روش های متداول درمان (جراحی، شیمی درمانی، پرتو درمانی) به احتمال بسیار زیاد موفقیت آمیز نبوده و ناکافی باشد، استفاده می شود.

     امروزه، هایپرترمیا تقریبا با دیگر اشکال درمان سرطان مورد استفاده قرار می گیرد و امکان همکاری با درمان­های معمولی را فراهم می کند؛ به عبارت دیگر از هایپرترمیا به عنوان یک مکمل برای درمان سرطان استفاده می­شود. تومورهایی که اسید دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA) را به منظور آماده سازی برای تقسیم استفاده می کنند و آنهایی که خودشان اسیدی هستند و اکسیژن کمی دارند، مقاومت بیشتری در برابر تابش امواج  الکترومغناطیسی از خود نشان می دهند (دهرست[8]،2005).

     بنابراین، هایپرترمیا می تواند سلول های سرطانی را نسبت به تابش حساس­تر کند  و برای سلول های سرطانی که تابش درمورد آنها کاربرد چندانی ندارد، مفید باشد. در مواردی که PH بافت سرطانی کم است، ترکیبی از شیمی درمانی و هایپرترمیا مناسب است.

تعداد صفحه : 143

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید