Tümörlerin hipertermi tedavisinde nanopartikül dağılımının sayısal incelenmesi
Numerical analysis of the distribution of nanoparticles in the treatment of hyperthermia of tumors
Yazar: BURAK TIĞLI
Danışman: DOÇ. DR. OĞUZ TURGUT
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Hipertermi tedavisi kanserli dokuyu yok etmek için etkili bir tedavi yöntemidir. Bu yöntemde çevredeki sağlıklı dokuda minimum zarar oluşturmak suretiyle tümör sıcaklığı kanserli dokuyu öldürecek kadar arttırılır. Kanserli dokuları yok etmek için yapılan hipertermi tedavisi habis (ölümcül) tümörler için oldukça etkili bir tedavi yöntemidir. Hipertermi tedavisinin amacı tümör sıcaklığını üniform ve hızlı bir şekilde yükseltmek ve çevredeki sağlıklı doku hasarını en aza indirerek kanserli dokuları en kısa sürede yok etmektir. Bunun için üniform olarak tümörlü dokunun ısıtılıp, kısa sürede yok edilmesi için doku içerisine enjekte edilen nanopartiküllerden yararlanılır.  Bu çalışmanın amacı, dünyada tıbbi uygulaması olan fakat ülkemizde henüz uygulanmayan hipertermi tedavisindeki sürecin bir parçası olan, tümör içerisine enjekte edilen nanopartikülün tümörlü ve sağlıklı dokudaki optimal difüzyon süresine ve parçacık hız dağılımına olan etkisini sayısal olarak incelemektir. Nanopartikül difüzyonu iki boyutlu olarak incelenmiştir. Çalışma sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sağlıklı doku ve tümörün dairesel olduğu kabul edilmiştir. Sayısal çalışmada incelenen parametreler doku içerisine enjekte edilen partikülün çapı, dokunun (akışkanın) sıcaklığı, akışkanın viskozitesi ve partikülün doku içerisindeki difüzyonu için geçen zamandır. Enjekte edilen partikül çapı olarak 100, 200, 400, 600 ve 800 nanometre seçilmiştir. Akışkan sıcaklığı olarak ise  310, 313 ve 316 K değerleri alınmıştır. Akışkan viskozitesi olarak 1x10-5, 2x10-5, 3x10-5, 4x10-5 ve 5x10-5 Pa.s seçilmiştir. Nanopartikülün tümörlü ve sağlıklı dokudaki dağılımı 0, 15, 30, 60, 100 ve 300 s için incelenmiştir. Sonuçlar enjekte edilen partikül çapının ve akışkan viskozitesinin artması ile doku içerisindeki nanopartikül konsantrasyonunun arttığını göstermiştir. Fakat, artan akışkan sıcaklığı ile ise partikül konsantrasyonunun azaldığı görülmüştür. Ayrıca, artan difüzyon süresi ile partikül konsantrasyonunun arttığı gözlenmiştir. Mevcut çalışma sonuçlarının bilim insanlarına ve doktorlara kanser tedavisinde yardımcı olacağı düşünülmektedir.

Abstract:
Hyperthermia treatment is an effective treatment method for destroying cancerous tissue. In this method, the tumor temperature is increased so as to kill the cancerous tissue by creating minimal damage to the surrounding healthy tissue. Treatment of hyperthermia to destroy cancerous tissues is a highly effective treatment for malignant tumors. The aim of hyperthermia treatment is to increase tumor temperature uniformly and quickly to eliminate cancerous tissues as soon as possible by minimizing the damage to surrounding healthy tissue. For this purpose, nanoparticles injected into tissue are used to heat the tumor tissue uniformly and to eliminate tumor in a short time. The aim of this study is to quantitatively investigate the effect of nanoparticle injected into the tumor on optimal diffusion time and particle velocity distribution in tumor and healthy tissue, which is a part of the treatment of hyperthermia, which has medical applications in the world but has not been applied in our country yet. Two dimensional nanoparticle diffusion is investigated. The study is carried out using finite element method. Healthy tissue and tumor are considered as circular. The parameters studied in the numerical study are the diameter of the particle injected into the tissue, the temperature of the tissue (fluid), the viscosity of the fluid, and the time taken for the diffusion of the particle in the tissue. 100, 200, 400, 600 and 800 nanometers are selected as the injected particle diameter. 310, 313 and 316 K values are taken as the fluid temperature. Fluid viscosity is selected as 1x10-5, 2x10-5, 3x10-5, 4x10-5 ve 5x10-5 Pa.s. The distribution of nanoparticles in tumor and healthy tissue is examined for 0, 15, 30, 60, 100 and 300 s. The results have shown that the nanoparticle concentration in the tissue increases with increasing injected particle diameter and fluid viscosity. However, it has been observed that particle concentration decreases with increasing fluid temperature. It is also observed that particle concentration increases with increasing diffusion time. The results of the present study are thought to help scientists and doctors in the treatment of cancer.