Υπολογιστική μελέτη της φωτοθερμικής δράσης σε συνδυασμένες θεραπείες στην ογκολογία

Χρονοπούλου, Ελένη; Chronopoulou, Eleni

dc.contributor.author	Χρονοπούλου, Ελένη	el
dc.contributor.author	Chronopoulou, Eleni	en
dc.date.accessioned	2022-12-12T09:34:11Z
dc.date.available	2022-12-12T09:34:11Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56417
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24115
dc.rights	Default License
dc.subject	Φωτοθερμική Θεραπεία	el
dc.subject	Photothermal Therapy	en
dc.subject	Καρκίνος	el
dc.subject	Λέιζερ	el
dc.subject	Πλασμονική Φωτοθερμική Θεραπεία	el
dc.subject	Μυς	el
dc.subject	Cancer	en
dc.subject	Laser	en
dc.subject	Plasmonic Photothermal Therapy	en
dc.subject	Mouse	en
dc.title	Υπολογιστική μελέτη της φωτοθερμικής δράσης σε συνδυασμένες θεραπείες στην ογκολογία	el
dc.title	Computational study of the photothermal action in combined therapies in oncology	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ιατρική Φυσική	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-01-20
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία, σε γενικό πλαίσιο, πραγματεύεται τη μελέτη της φωτοθερμικής θεραπείας του καρκίνου σε συνδυασμό με την έγχυση νανοδομών χρυσού στον καρκινικό όγκο, ώστε να διαπιστωθεί σε τι βαθμό η διάχυση της θερμότητας πλήττει τον πέριξ υγιή ιστό. Πιο συγκεκριμένα, το παρόν πόνημα ξεκινά με μία εισαγωγή γύρω από την πολυδιάστατη ασθένεια του καρκίνου, καθώς και από τις διαχρονικές προσπάθειες αντιμετώπισής του. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται βασικές γνώσεις σχετικά με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, τους τρόπους εκπομπής και απορρόφησής της, καθώς και την αλληλεπίδρασή της με την έμβια ύλη και τους μαλακούς ιστούς. Ο βασικός μηχανισμός της φωτοθερμίας απαιτεί την παρουσία δέσμης laser. Για το λόγο αυτό, δεν θα μπορούσαν να παραλειφθούν οι βασικές αρχές των laser, όπως και καίριες ιδιότητες της δέσμης τους. Στο τρίτο κεφάλαιο λαμβάνει χώρα μία πιο αναλυτική παρουσίαση της φωτοθερμίας. Παράλληλα, ενότητες του κεφαλαίου έχουν αφιερωθεί στην εισαγωγή του αναγνώστη στα βασικά χαρακτηριστικά των νανοδομών, με ιδιαίτερη έμφαση στα νανοσωματίδια χρυσού. Ακόμα, αναφέρονται τα πλασμονικά φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα στην επιφάνεια των μεταλλικών επιφανειών. Κλείνοντας, το κεφάλαιο παραθέτει βασικά σημεία των μηχανισμών κυτταρικού θανάτου, κατόπιν δράσης της πλασμονικής φωτοθερμικής θεραπείας. Από το κεφάλαιο τέσσερα και μετά ο αναγνώστης έρχεται σε επαφή με το πειραματικό/υπολογιστικό μέρος της παρούσας εργασίας. Για την υλοποίηση των προσομοιώσεων επιστρατεύτηκε το λογισμικό COMSOL Multiphysics® (Stockholm, Sweden). Αρχικά σχεδιάστηκε η γεωμετρία ενός μυός, οι εσωτερικές δομές των προς εξέταση οργάνων και πιο συγκεκριμένα, οι πνεύμονες, η καρδιά, ο σπλήνας, το συκώτι, η τραχεία και οι δύο βρόγχοι. Στη συνέχεια εισήχθησαν όλες οι βασικές φυσικές, οπτικές και θερμικές παράμετροι τόσο των ιστών, όσο και των νανοσωματιδίων χρυσού, με βάση το μήκος κύματος της δέσμης. Αναφορικά με τα modules χρησιμοποιήθηκαν τα «Radiative Beam in Absorbing Media» και «Bioheat Transfer». Το πρώτο επικεντρώνεται στη διάδοση δέσμης φωτός εντός δομών και το δεύτερο στην ανάπτυξη και διάχυση της θερμότητας που επάγεται από την προαναφερθείσα δέσμη. Εν συνεχεία, επιλέχθηκε η πυκνότητα του πλέγματος και δομήθηκαν ορισμένα σενάρια θεραπείας με βάση παραμέτρους που επηρεάζουν την τοπική άνοδο της θερμοκρασίας τόσο στην καρκινική περιοχή, όσο και στον περιβάλλοντα υγιή ιστό. Τέτοιοι παράγοντες είναι η πυκνότητα ενέργειας της προσπίπτουσας δέσμης, ο χρόνος ακτινοβόλησης και η συγκέντρωση των νανοσωματιδίων στον όγκο. Αφότου οι προσομοιώσεις έλαβαν τέλος, τα αποτελέσματα παρουσιάστηκαν, σχολιάστηκαν και αξιολογήθηκαν. Βέβαια, κατά τη διάρκεια εκτέλεσης μίας μοντελοποίησης πρέπει να ελέγχονται σε κάθε βήμα και να επαναπροσαρμόζονται μία ευρεία γκάμα παραμέτρων και παραγόντων. Έτσι, αφιερώθηκε μία ενότητα στη στρατηγική αντιμετώπιση μη αναμενόμενων αποτελεσμάτων. Τέλος, παρατέθηκε ο επίλογος με τα γενικά συμπεράσματα όλης της παρούσας διπλωματικής εργασίας, καθώς και μελλοντικούς στόχους, όσων αφορά τη θεραπεία του καρκίνου μέσω φωτοθερμικής δράσης με έγχυση νανοδομών στην περιοχή του όγκου.	el
heal.abstract	This current thesis is, overall, focused on the research of photothermal therapy for cancer, along with the infusion of gold nanoparticles on the tumor, to ascertain up to what extent the infusion of the heat affects the healthy nearby tissue. In particular, the present essay begins with an introduction on the multidimensional disease of cancer, as well as the intertemporal attempts for its remedy. Following this introduction, fundamental knowledge of electromagnetic radiation, the ways of its emissions and its absorption, and the interaction with the electromagnetic radiation with the living matter and soft tissues are exhibited. The essential mechanism of photothermal therapy requires the presence of a laser beam. For this reason, neither the fundamental principles of laser, nor the significant qualities of their beam can be omitted. The third chapter contains a more thorough presentation of photothermal therapy, while some sections of the chapter have been written, to accomplish the inclusion of the reader on the main characteristics of nanoparticles, mainly gold nanoparticles. Furthermore, surface plasmon resonance that take place on metallic surfaces are mentioned. Concluding, the chapter cites the principal points regarding to the mechanisms of cell death, after the plasmonic photothermal therapy has taken place. The chapters from number four and on, contain the experimental-calculating part of the thesis. To implement the simulations, the COMSOL Multiphysics® (Stockholm, Sweden) was used. Firstly, the geometry of a single muscle was designed, and the internal structure of the organs that were to be examined, specifically the lungs, the heart, the spleen, the liver, the trachea and the two bronchi were designed, gradually. Subsequently, all the main natural, optical and thermal parameters of the tissues and the gold nanoparticles, as well, based on the wavelength of the beam. Regarding to the modules, «Radiative Beam in Absorbing Media» and «Bioheat Transfer» were utilized. The first one, is mainly focused on the dissemination of a beam of light on the inside of the structures, whereas the second one is associated with the development and the diffusion of the heat, that is induced from the abovementioned beam. Afterwards, the density of the grid was defined and some scenarios of therapy were structured, based on the parameters that affect the local rise of the temperature on the cancerous area and the nearby healthy tissue. Such factors are the irradiation of the incident beam, the time of simulation, the concentration of the nanoparticles on the tumor. When the simulations were all completed, the results were exhibited, annotated, and evaluated. Consequently, a solid section is focused solemnly on the strategic of dealing with non-anticipated results. Finally, an epilogue was cited that included all the inferences of this current thesis, and additionally, future goals regarding to the cure of cancer, by using photothermal therapy combined with gold nanoparticles diffusion on the area of the tumor.	en
heal.advisorName	Μακροπούλου - Λουκογιαννάκη, Μυρσίνη	el
heal.committeeMemberName	Παπαγιάννης, Αλέξανδρος	el
heal.committeeMemberName	Τσιγαρίδας, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Μακροπούλου - Λουκογιαννάκη, Μυρσίνη	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών. Τομέας Φυσικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	88 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false