علوم و فناوری فضایی

علوم و فناوری فضایی

ارزیابی شدت بهینه امواج اولتراسوند برای تغییر شکل لخته خون در رگ‌ها به منظور سلامت فضانوردان

نوع مقاله : مقالة‌ پژوهشی‌

نویسندگان
1 پژوهشگاه هوافضا
2 گروه علوم ریاضی، دانشگاه ایالتی کنت، اوهایو، ایالات متحده آمریکا
3 دانشکده مهندسی برق، دانشگاه خاتم، تهران، ایران
4 دانشکده مهندسی، دانشگاه پروجا، پروجا، ایتالیا
چکیده
تشکیل لخته خون در رگ‌های فضانوردان در فضا می‌تواند پیامدهای خطرناکی به همراه داشته باشد. در نبود گرانش، مایعات بدن از پاها به سمت سینه و سر منتقل می‌شوند. این جابه‌جایی بر جریان خون در شریان‌ها و رگ‌های سر تأثیر می‌گذارد. خارج‌سازی لخته خون در رگ‌های فضایی می‌تواند به بهبود سلامت فضانوردان کمک کند. هرچند استفاده از دارو برای از بین بردن لخته خون در ورید فقط برای اندازه‌های بسیار کوچک کاربرد دارد. زمانی که لخته خون بزرگ است، استفاده از امواج اولتراسوند با ایجاد حباب‌های کوچک می‌تواند روشی مفید برای از بین بردن لخته‌ها در رگ‌ها باشد. هدف مقاله حاضر دستیابی به شدت بهینه امواج اولتراسوند است تا با ایجاد میدان فشار لازم ناشی از فروپاشی حباب در خون، لخته‌ها را تغییر شکل دهد. فشار فروپاشی درون حباب با استفاده از معادله Rayleigh–Plesset (RP) محاسبه شده است. علاوه بر این، یک شبیه‌سازی هم‌پیوندی جریان و ساختار لخته با استفاده از معادلات کامل ناویه-استوکس که حوزه خون را می‌سازند و معادلات گسسته خطی‌شده برای محیط لخته برای محاسبه فشار فروپاشی مطلوب حباب که برای تغییر شکل لخته‌ها ضروری است، انجام می‌شود؛ که این امر در کاربردهای پزشکی اهمیت بالایی دارد. نتایج شبیه‌سازی برای نشان دادن کارایی روش پیشنهادی ارائه می‌شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1] WebMD Medical Reference Reviewed by James Beckerman, MD, FACC on March 21, 2019.
[2] F. Bajd and I. Serša, “Mathematical modeling of blood clot fragmentation during flow-mediated thrombolysis,” Biophysical journal, vol. 104, no. 5, pp. 1181-1190, 2013.
[3] J. M. Wardlaw, V. Murray, E. Berge, and G. J. Del Zoppo, “Thrombolysis for acute ischaemic stroke,” Cochrane Database of Systematic Reviews (7), 2014, https://doi.org/10.1002/14651858.CD000213.pub3.
[4] L. R. Wechsler, “Intravenous thrombolytic therapy for acute ischemic stroke,” the New England Journal of Medicine, vol. 364, no. 22, pp. 2138–2146, 2011, https://doi.org/10.1056/NEJMct1007370.
[5] E. A. Mistry et al., “Mechanical thrombectomy outcomes with and without intravenous thrombolysis in stroke patients: A meta-analysis,” Stroke, vol. 48, no. 9, pp. 2450–2456, 2017, https://doi.org/10.1161/STROKEAHA.117.017320.
[6] S. Z. Goldhaber, L. Visani, and M. De rosa, “Acute pulmonary embolism: Clinical outcomes in the international cooperative pulmonary embolism registry (ICOPEr),” Lancet, vol. 353, no. 9162, pp. 1386–1389, 1999.
[7] S. Z. Goldhaber et al., “Alteplase versus heparin in acute pulmonary embolism: Randomised trial assessing right ventricular function and pulmonary perfusion,” Lancet, vol. 341, no. 8844, pp. 507–511, 1993, https://doi.org/10.1016/0140-6736(93)90274-K.
[8] K. Ouriel, F. J. Veith, and A. A. Sasahara, “A comparison of recombinant urokinase with vascular surgery as initial treatment for acute arterial occlusion of the legs,” the New England Journal of Medicine, vol. 338, no. 16, pp. 1105–1111, 1998, https://doi.org/10.1056/NEJM19980416338160.
[9] F. R. Young, Cavitation, London, UK: Imperial College Press, 1999.
[10] T. J. Mason, Advances in Sonochemistry, vol. 1–6, Amsterdam, The Netherlands: Elsevier, 1990–2001.
[11] K. S. Suslick, Ultrasound: Its chemical, physical, and biological effects, New York: VCH Publishers, 1988.
[12] R. k. Bhaskaracharya, S. Kentish, and M. Ashokkumar, “Selected applications of ultrasonics in food processing,” Food Engineering Reviews, vol. 1, no. 1, pp. 31–49, 2009, https://doi.org/10.1007/s12393-009-9003-7.
[13] D. L. Miller et al., “Overview of therapeutic ultrasound applications and safety considerations,” Journal of Ultrasound in Medicine, vol. 31, no. 4, pp. 623-634, 2012, https://doi.org/10.7863/jum.2012.31.4.623.
[14] U. B. Mahatme, M. Archana, S. P. Dongre, A. S. Nakhate, and A. V. Tabhane, “Applications of ultrasound in medical science: A review,” in International Symposium on Ultrasonics, Nagpur, Maharashtra, India, 2015, pp. 134-144.
[15] F. R. Young, Cavitation, London: McGraw-Hill, 1994.
[16] Sh. Niazi, S. H. Hashemabadi, and M. Mirarab Razi, “CFD simulation of acoustic cavitation in a crude oil upgrading sonoreactor and prediction of collapse temperature and pressure of a cavitation bubble,” Chemical Engineering Research and Design, vol. 92, no. 1, pp. 166-173, 2014, https://doi.org/10.1016/j.cherd.2013.07.002.
[17] S. Merouani, O. Hamdaoui, Y. Rezgui, and M. Guemini, “Theoretical estimation of the temperature and pressure within collapsing acoustical bubbles,” Ultrasonics Sonochemistry, vol. 21, no. 1, pp. 53–59, 2014, https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2013.05.008.
[18] S. Li, R. Han, A. M. Zhang, and Q. X. Wang, “Analysis of pressure field generated by a collapsing bubble,” Ocean Engineering, vol. 117, pp. 22-38, 2016, https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2016.03.016.
[19] K. Y. Kim, K. T. Byun, and H. Y. Kwak, “Temperature and pressure fields due to collapsing bubble under ultrasound,” Chemical Engineering Journal, vol. 132, no. 1-3, pp. 125-135, 2007, https://doi.org/10.1016/j.cej.2007.01.037.
[20] J. M. Brett and A. Krelle, “A study of bubble collapse pressure pulse waves from small scale underwater explosions near the water surface,” Journal of Sound and Vibration, vol. 435, pp. 91-103, 2018, https://doi.org/10.1016/j.jsv.2018.08.004.
[21] A. D. Maxwell, C. A. Cain, A. P. Duryea, L.Yuan, H. S. Gurm, and Z. Xu, “Non-invasive thrombolysis using pulsed ultrasound cavitation therapy-histotripsy,” Ultrasound in Medicine and Biology, vol. 35, no. 12, pp. 1982–1994, 2009, https://doi.org/10.1016/j.ultrasmedbio.2009.07.001.
[22] Z. Xu, T. L. Hall, J. B. Fowlkes, and C. A. Cain, “Effects of acoustic parameters on bubble cloud dynamics in ultrasound tissue erosion (histotripsy),” Journal of Acoustical Society of America, vol. 122, pp. 229–236, 2007, https://doi.org/10.1121/1.2735110.
[23] Z. Hormozi Moghaddam, M. Mokhtari Dizaji, M. Movahedin, and M. E. Ravari, “Estimation of the distribution of low-intensity ultrasound mechanical index as a parameter affecting the proliferation of spermatogonia stem cells in vitro,” Ultrasonics Sonochemistry, vol. 37, pp. 571-581, 2017, https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2017.02.013.
[24] M. Najafi, R. Kamali Moghadam, M. Azadegan, N. Sahranavard Fard, and M. Mohammadi, “Ultrasound bubble control for blood clot deformation in a vessel connected to a pulmonary artery,” in American Control Conference (ACC), New Orleans, LA, USA, 2021, pp. 1464-1469, https://doi.org/10.23919/ACC50511.2021.9482904.
[25] M. Mobasheri, M. Mokhtari Dizaji, T. Toliyat, and M. Mehrpour, “Destruction of recombinant tissue plasminogen activator (rtPA) -loaded echogenic liposomes under dual frequency sonication,” Journal of Kerman University of Medical Sciences, vol. 25, no. 3, pp. 243-254, 2018.
[26] M. Najafi, M. Azadegan, and M. T. Beheshti, “Stability analysis and sliding mode control of a single spherical bubble dynamics,” In American Control Conference (ACC), Boston, MA, USA, 2016, pp. 5050-5055, https://doi.org/10.1109/ACC.2016.7526154.
[27] Y. T. Shah, A. B. Pandit, and V. S. Moholkar, Cavitation Reaction Engineering, New York, N.Y.: Kluwer Academic/Plenum Publishers, 1999, P. 23.
[28] E. A. Brujan, “Collapse of cavitation bubbles in blood,” Europhysics Letters, vol. 50, no. 2, pp. 175–181, 2000, https://doi.org/10.1209/epl/i2000-00251-7.
[29] I. V. Pivkin, P. D. Richardson, and G. Karniadakis, “Blood flow velocity effects and role of activation delay time on growth and form of platelet thrombi,” National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 103, no. 46, pp. 17164-17169, 2006, https://doi.org/10.1073/pnas.0608546103.
[30] S. L. Diamond, “Systems biology to predict blood function,” Journal of Thrombosis and Haemostasis, vol. 7, pp. 177–180, 2009, https://doi.org/10.1111/j.1538-7836.2009.03463.x.
[31] W. P. Jones and B. E. Launder, “The prediction of laminarization with a two-equation model of turbulence,” International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 15, no. 2, pp. 301-314, 1972, https://doi.org/10.1016/0017-9310(72)90076-2.
[32] B. E. Launder and B. I. Sharma, “Application of the energy dissipation model of turbulence to the calculation of flow near a spinning disc,” Letters in Heat and Mass Transfer, vol. 1, no. 2, pp. 131-137, 1974, https://doi.org/10.1016/0094-4548(74)90150-7.
[33]   J. E. Bardina, P. G. Huang, and T. J. Coakley, “Turbulence modeling validation, testing, and development,” NASA, Tech. Memorandum, 110446, 1997.
[34]P. C. Kohnke, Ansys Theory References, Release 5.6, 11rd ed. ANSYS Incorporated, 1999
دوره 18، شماره 4
1404
صفحه 22-31

  • تاریخ دریافت 22 دی 1403
  • تاریخ بازنگری 11 مرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 18 مرداد 1404
  • تاریخ اولین انتشار 11 شهریور 1404