نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• مریم علیان نژادی ¹
• پریسا بهشتی گزل آباد سفلا ²
• امیرعلی مسعودی ²

¹ گروه اپتیک و لیزر، دانشکده فیزیک، دانشگاه سمنان، سمنان

² گروه فیزیک ماده چگال، دانشکده فیزیک، دانشگاه الزهرا (س)، تهران

چکیده

سرطان مغز کمترین درصد امید به زندگی در بین سرطان­های مختلف را دارد و این سرطان بیش از سایر سرطان­ها باعث مرگ افراد زیر 40 سال شده است. بنابراین، در این مقاله درمان سرطان مغز با روش غیرتهاجمی نور-گرما درمانی و با به کاربردن نانومیله­های طلا مورد بررسی قرار می­گیرد و تأثیر عوامل مختلف از جمله توان تابش و تمام پهنا در نصف ارتفاع بیشینۀ (FWHM) توزیع فضایی تابش لیزر بر موفقیت فرایند درمان مورد ارزیابی قرار می­گیرد. شبیه­سازی­ها با حل معادلات سه بعدی انتقال زیست-گرمایی پنس، قانون بیر -- لامبرت و در حضور نانومیله­های طلا و با توزیع فضایی گوسی باریکۀ لیزر و همچنین شرایط اولیه و مرزی با روش اجزای محدود (FEM) انجام می­شود. نتایج بررسی­ها نشان می­دهد که توان و شعاع لکۀ تابش لیزری دو کمیت مهم در موفقیت درمان هستند. این دو کمیت بر دز انرژی گرمایی دریافت شده توسط بافت سرطانی تأثیر گذاشته و میزان دما و کسر تخریب نقاط مختلف بافت و غده را کنترل می­کنند. همچنین، شعاع­های باریکۀ لیزری کوچک‌تر و بزرگ‌تر از R1/1 (R شعاع غده مغز است) منجر به اختلاف دمای به ترتیب بیشتر و کمتر در نقاط مختلف غده می­شود. بیشترین دما و تغییرات دما با زمان در همه شرایط در نقطۀ مرکزی غده که نور لیزر وارد بافت سرطانی می­شود، وجود دارد. علاوه­براین، افزایش توان از 5/0 به 1 وات باعث افزایش دمای نقاط مختلف بافت غده می­شود و فرایند تخریب بازگشت­ناپذیر همچنان پس از خاموش­شدن لیزر نیز به دلیل قرار گرفتن نقاط غده در دمای بالاتر از 42 درجه سانتی‌گراد و نیز انتقال گرما به دلیل رسانش و همرفت ادامه دارد.

کلیدواژه‌ها

• سرطان مغز
• درمان غیرتهاجمی
• لیزر درمانی
• نانوساختارهای فلزی
• نور-گرما درمانی

موضوعات

• فیزیک اتمی مولکولی

عنوان مقاله [English]

The effect of laser beam profile on brain cancer treatment through photothermal therapy

نویسندگان [English]

• Maryam Aliannezhadi ¹
• Parisa Beheshti Gozal Abad Sofla ²
• Amir Ali Masoudi ²

¹ Faculty of Physics, Semnan University, PO Box: 35195-363, Semnan, Iran

² Department of Condensed matter Physics, Faculty of Physics, Alzahra University, Tehran, Iran

چکیده [English]

Brain cancer has the lowest survival percentage among different cancers and it has caused the death of people under  40 more than others. Therefore, in this paper, the treatment of brain cancer with non-invasive photothermal therapy is investigated and the effect of various treatment factors including laser power full width at half maximum (FWHM) of the laser beam profile on the success of the treatment is evaluated. The simulations are performed by solving the three-dimensional Pennes bioheat transfer equation, Beer–Lambert law, and by considering the presence of gold nanorods, the Gaussian laser profile, as well as the initial and boundary conditions with the finite element method (FEM). The results of the investigations demonstrate that the laser power and radius of the laser spot are two important quantities in the success of the treatment. These two quantities affect the dose of thermal energy received by the cancerous tissue and control the temperature and fraction of tumour and tissue damage in different positions. Also, smaller and larger radii of laser spot than 1.1R (R is the radius of the brain tumour) lead to more and less temperature differences, respectively, in different parts of the tumour. However, the highest temperature and temperature rate can be obtained at the upper center point of the cancerous tissue in all treatment conditions. In addition, increasing the laser power from 0.5 to 1 W causes an increase in the temperature in different points of the tumour and irreversible destruction continues even after turning off the laser due to the tumor temperature in a different position beeing higher than 42 °C, as well as heat transfer due to conduction and convection.

کلیدواژه‌ها [English]

• brain cancer
• laser therapy
• metal nanostructures
• non-invasive treatment
• photothermal therapy (PTT)