In this paper, we investigate the thermal response of skin tissue to high-intensity focused ultrasound (HIFU) by means of infrared (IR) thermal imaging. For skin tightening, a 7-MHz ultrasound transducer is used to induce irreversible tissue coagulation in porcine skin. An IR camera is employed to monitor spatiotemporal changes of the temperature in the tissue. The maximum temperature in the tissue increased linearly with applied energy, up to $90^{\circ}C$. The extent of irreversible tissue coagulation (up to 3.2 mm in width) corresponds well to the spatial distribution of the temperature during HIFU sonication. Histological analysis confirms that the temperature beyond the coagulation threshold (${\sim}65^{\circ}C$) delineates the margin of collagen denaturation in the tissue. IR thermal imaging can be a feasible method for quantifying the degree of thermal coagulation in HIFU-induced skin treatment.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.26
no.6
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pp.380-389
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2006
A new laser-based ultrasonic receiver that is based on multi-channel interferometry is shown to be well suited for robust and sensitive detection of ultrasound in industrial environment. The proposed architecture combines random-quadrature detection with detector arrays and parallel multi-speckle processing. The high sensitivity is reached, thanks to the random phase distribution of laser speckle caused by surface roughness. High-density parallel signal processing is achieved by using a simple demodulation technique based on signal rectification. This simple detection scheme is also demonstrated for rejection of the laser intensity noise, making possible the use of lower cost laser without reduction in performances. Results demonstrating this new principle of operation and its performances are presented.
Objective: This study was conducted to investigate the effect of high-intensity laser therapy(HILT), transcutaneous electrical nerve stimulation(TENS), and ultrasound(US) treatment on pain, grip strength, and hand function in patients who had undergone carpal tunnel syndrome surgery. Design: A randomized controlled trial. Methods: Thirty patients who had undergone carpal tunnel syndrome surgery were randomly assigned to receive either TENS combined with HILT, US combined with HILT, or only HILT as the control group. Treatments were applied around the surgical site, and pre- and post-treatment changes were evaluated. Pain was assessed using NPRS, hand symptoms using CTS-6 and BCTQ-SSS, grip strength with an electronic dynamometer, and hand function using BCTQ-FSS. Treatments were administered seven times over two weeks. Results: The pain and symptoms were significantly reduced(p<0.05) and grip strength and hand function were significantly increased(p<0.05) after treatment compared to before treatment for all subjects. Pain was significantly reduced(p<0.05) and grip strength was significantly increased(p<0.05) in the TESN+HILT group and US+HILT group compared to the Control group. Hand symptoms were significantly reduced(p<0.05) and hand function significantly increased(p<0.05) in the TENS+HILT group compared to the Control group. Conclusions: TENS combined with HILT was found to be more effective than US combined with HILT in reducing pain and symptoms and improving grip strength and hand function in patients following carpal tunnel syndrome surgery. These findings suggest that these treatment modalities can be beneficially applied in clinical practice.
ZnO nanorod gas sensors were prepared by an ultrasound radiation method and their gas sensing properties were investigated for NO gas. For this procedure, 0.01, 0.005 and 0.001M of zinc nitrate hydrate [$Zn(NO_3)_2\;{\cdot}\;6H_2O$] and hexamethyleneteramine [$C_6H_{12}N_4$] aqueous solutions were prepared and then the solution was irradiated with high intensity ultrasound for 1 h. The lengths of ZnO nanorods ranged from 200 nm to 500 nm with diameters ranging from 40 nm to 80 nm. The size of the ZnO nanorods could be controlled by the concentration of solution. The sensing characteristics of these nanostructures were investigated for three kinds of sensor. The properties of the sensors were influenced by the morphology of the nanorods.
In this study, high intensity ultrasound was employed to induce mechano-chemical degradation during melt mixing of polycarbonate (PC) and a series of styrene-acrylonitrile (SAN) copolymers. It was confirmed that generation of macroradicals of constituent polymers can lead to in-situ copolymer formation by their mutual combination, which should be an efficient path to compatibilize immiscible polymer blends and stabilize their phase morphology in the absence of other chemical agents. Based on the effectiveness of the compatibilization by ultrasound assisted mixing process, we investigated the effects of viscosity ratio of PC and SAN and AN content in SAN on the compatibilization of PC/SAN blends. It was found that effectiveness of compatibilization is optimal when the AN content is in the range of favorable interaction with PC and the viscosity of the matrix is higher than that of the dispersed phase. In addition, changes in the interfacial tension between PC and SAN were assessed by examining relaxation spectra which were obtained from measuring rheological properties of ultrasonically treated blends.
Brachytherapy, along with external beam radiation therapy (EBRT), is an essential and effective radiation treatment process. In brachytherapy, in contrast to EBRT, the radiation source is radioisotopes. Because these isotopes can be positioned inside or near the tumor, it is possible to protect other organs around the tumor while delivering an extremely high-dose of treatment to the tumor. Brachytherapy has a long history of more than 100 years. In the early 1900s, the radioisotopes used for brachytherapy were only radium or radon isotopes extracted from nature. Over time, however, various radioisotopes have been artificially produced. As radioisotopes have high radioactivity and miniature size, the application of brachytherapy has expanded to high-dose-rate brachytherapy. Recently, advanced treatment techniques used in EBRT, such as image guidance and intensity modulation techniques, have been applied to brachytherapy. Three-dimensional images, such as ultrasound, computed tomography, magnetic resonance imaging, and positron emission tomography are used for accurate delineation of treatment targets and normal organs. Intensity-modulated brachytherapy is anticipated to be performed in the near future, and it is anticipated that the treatment outcomes of applicable cancers will be greatly improved by this treatment's excellent dose delivery characteristics.
Objective: To investigate the safety and efficacy of transcatheter arterial chemoembolization (TACE), combined with portal vein embolization (PVE), and high intensity focused ultrasound (HIFU) sequential therapy in treating patients with hepatocellular carcinoma (HCC). Methods: Patients with inoperative HCC were treated by two methods: in the study group with TACE first, then PVE a week later, and then TACE+PVE every two months as a cycle, after 2~3 cycles finally HIFU was given; in the control group only TACE+PVE was given. Response (CR+PR), and disease control rate (CR+PR+SD), side effects, overall survival and time to progress were calculated. Results: Main side effects of both groups were nausea and vomiting. No treatment related death occurred. In the study group, 32 patients received TACE for overall 67 times, PVE 64 times, and HIFU 99 times; on average 2.1, 2 and 3.1 times for each patient, respectively. In the control group, 36 patients were given TACE 78 times and PVE 74 times, averaging 2.2 and 2.1 times per patient. Effective rate: 25.0% in study group and 8.3% in control group (p>0.05). Disease control rates were 71.9% and 44.4%, respectively (p<0.05). In patients with portal vein tumor thrombus, the rate reduced over 1/2 after treatment was 69.2%(9/13) in the study and 21.4%(3/14) in the control group (p<0.05). Rate of AFP reversion or decrease over 1/2 was 66.7%(16/24) in study and 37%(10/27) (p<0.05) in control group. Median survival time: 16 months in study and 10 months in control group. PFS was 7months in study and 3 months in control group. Log-rank test suggested that statistically significant difference exists between two groups (p=0.024). 1-, 2- and 3-year survival rates were 56.3%, 18.8% and 9.3% in study, while 30.6%, 5.6% and 0 in control group, respectively, with statistically significant difference between two groups (by Log-rank, p = 0.014). Conclusions: The treatment of TACE+PVE+HIFU sequential therapy for HCC increases response rate, prolong survival, and could thus be a safe and effective treatment for advanced cases.
Jeon, Ye Won;Cho, Sun Hang;Han, Hee Dong;Shin, Byung Cheol
Journal of the Korean Chemical Society
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v.58
no.6
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pp.575-579
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2014
Development of liposomes has been actively studied for effective delivery of drug at tumor site. However, despite their preferential accumulation at tumor site, the therapeutic efficacy of such liposomal drug has been limited because of low drug release. Therefore, we developed a temperature-sensitive liposome (TSL), which can be made to maximize release of drug by external stimulation such as ultrasound. Doxorubicin (DOX) as a model drug was encapsulated into TSL by a pH gradient method. The particle size of the TSL was $142.0{\pm}6.24nm$. Surface charge was $-10.55{\pm}1.12mV$. Release of drug from TSLs was up to 80% within 15 min at over $42^{\circ}C$ measured by fluorescence intensity. Cytotoxicity of released DOX from TSLs with ultrasound was highly increased compared to TSLs without ultrasound. Taken together, we demonstrate that temperature sensitive drug release from TSLs with ultrasound, which may be useful for cancer therapy to increase drug concentration at tumor site by external stimulation.
Adzuki bean (Vigna angularis), which provides plant-based proteins and functional substances, requires a long soaking time during processing, which limits its usefulness to industries and consumers. To improve this, ultrasonic treatment using high pressure and shear force was judged to be an appropriate pretreatment method. This study aimed to determine the optimal conditions of ultrasound treatment for the improved hydration of adzuki beans using the response surface methodology (RSM). Independent variables chosen to regulate the hydration process of the adzuki beans were the soaking time (2-14 h, X1), treatment intensity (150-750 W, X2), and treatment time (1-10 min, X3). Dependent variables chosen to assess the differences in the beans post-immersion were moisture content, water activity, and hardness. The optimal conditions for treatment deduced through RSM were a soaking time of 12.9 h, treatment intensity of 600 W, and treatment time of 8.65 min. In this optimal condition, the values predicted for the dependent variables were a moisture content of 58.32%, water activity of 0.9979 aw, and hardness of 14.63 N. Upon experimentation, the results obtained were a moisture content of 58.28 ± 0.56%, water activity of 0.9885 ± 0.0040 aw, and hardness of 13.01 ± 2.82 g, confirming results similar to the predicted values. Proper ultrasound treatment caused cracks in the hilum, which greatly affects the water absorption of adzuki beans, accelerating the rate of hydration. These results are expected to help determine economically efficient processing conditions for specific purposes, in addition to solving industrial problems associated with the low hydration rate of adzuki beans.
Ji Yoon Kim;Un Chul Shin;Ji Yong Park;Ran Ji Yoo;Soeku Bae;Tae Hyeon Choi;Kyuwan Kim;Young Chan Ann;Jin Sil Kim;Yu Jin Shin;Hokyu Lee;Yong Jin Lee;Kyo Chul Lee;Suhng Wook Kim;Yun-Sang Lee
Journal of Radiopharmaceuticals and Molecular Probes
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v.9
no.1
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pp.9-16
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2023
Liposomes as drug delivery system have proved useful carrier for various disease, including cancer. In addition, perfluorocarbon cored microbubbles are utilized in conjunction with high-intensity focused-ultrasound (HIFU) to enable simultaneous diagnosis and treatment. However, microbubbles generally exhibit lower drug loading efficiency, so the need for the development of a novel liposome-based drug delivery material that can efficiently load and deliver drugs to targeted areas via HIFU. This study aims to develop a liposome-based drug delivery material by introducing a substance that can burst liposomes using ultrasound energy and confirm the ability to target tumors using PET imaging. Liposomes (Lipo-DOX, Lipo-DOX-Au, Lipo-DOX-Au-RGD) were synthesized with gold nanoparticles using an avidin-biotin bond, and doxorubicin was mounted inside by pH gradient method. The size distribution was measured by DLS, and encapsulation efficiency of doxorubicin was analyzed by UV-vis spectrometer. The target specificity and cytotoxicity of liposomes were assessed in vitro by glioblastoma U87mg cells to HIFU treatment and analyzed using CCK-8 assay, and fluorescence microscopy at 6-hour intervals for up to 24 hours. For the in vivo study, U87mg model mouse were injected intravenously with 1.48 MBq of 64Cu-labeled Lipo-DOX-Au and Lipo-DOX-Au-RGD, and PET images were taken at 0, 2, 4, 8, and 24 hours. As a result, the size of liposomes was 108.3 ± 5.0 nm at Lipo-DOX-Au and 94.1 ± 12.2 nm at Lipo-DOX-Au-RGD, and it was observed that doxorubicin was mounted inside the liposome up to 52%. After 6 hours of HIFU treatment, the viability of U87mg cells treated with Lipo-DOX-Au decreased by around 20% compared to Lipo-DOX, and Lipo-DOX-Au-RGD had a higher uptake rate than Lipo-DOX. In vivo study using PET images, it was confirmed that 64Cu-Lipo-DOX-Au-RGD was taken up into the tumor immediately after injection and maintained for up to 4 hours. In this study, drugs released from liposomes-gold nanoparticles via ultrasound and RGD targeting were confirmed by non-invasive imaging. In cell-level experiments, HIFU treatment of gold nanoparticle-coupled liposomes significantly decreased tumor survival, while RGD-liposomes exhibited high tumor targeting and rapid release in vivo imaging. It is expected that the combination of these models with ultrasound is served as an effective drug delivery material with therapeutic outcomes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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