A sztatikus mágneses tér élı anyagban okozott hatásai 1. Elı Elızmé zmények, motivá motiváció ció
készült az ELTE alkalmazott matematikai problémaprobléma-megoldó szemináriumára, 2009. október 1919-re László János 1/32
2/32
egy olyan módszerrel, amely • nemem-gyógyszeres, gyógyszeres, • nemem-invazív invazív,, • nemem-fájdalmas, fájdalmas, • érintésmentes, érintésmentes, • nemem-addik addiktív, • azonnali és lokális hatású, • otthon végezhetı, • a szervezet saját erıforrásait használja és • tudományos bizonyítékokon alapszik
Milyen nagyszerő lenne, ha lehetséges volna • fájdalmat csillapítani, csillapítani, • gyulladást csökkenteni, • ödémát csökkenteni és • enyhíteni a mozgáskorlátozottságot
3/32
4/32
egy olyan eszközzel, amely Mágnes mátrixok • nem igényel gondozást vagy karbantartást, • több emberöltı élettartamú, • nincs benne mozgó alkatrész, • olcsó, • nem fogyaszt energiát és a • kezelése nem igényel szakértelmet?
Fékkioldó gomb m 0m ≈14
Sínek 5/32
6/32
1
Kérdések
Néhány példa a kézbetegségek körébıl 2002 → USA → 284 millió lakos → 75 millió egészségügyi intézménybe → 3,2 millió ortopédiára → 1 millió kézbeteg 60 nap/akut kézbeteg gyógyulása → 60 millió kiesett munkanap → 100 USD/nap átlagfizetés → 6 milliárd USD (1 billió Ft)
- VanVan-e a sztatikus mágneses térnek élettani hatása? - Ha van, milyen?
A krónikus kézbetegek elvesztik a munkájukat! A legismertebb kézbetegségek: kézbetegségek: akut: kumulált traumatikus sérülések, sport sérülések, egyszerő kinövések, ganglion ciszták, égések, törések/repedések, tumorok krónikus: születési rendellenességek, carpalis alagút szindróma, Sudeck szindróma, osteoosteo- és reumatoid arthritis, osteoporosis, arthrosis
- Mi a háttérmechanizmus?
7/32
8/32
átlagos vonaglási szám
90
2. Eddigi eredmé eredmények
ip acetic acid (103)
80 ip acetic acid+SMF (76)
70 60
ip acetic acid+oSMF (10)
50 40 30 20 10 0 0-5
5-20
20-30
0-30
idı, perc
9/32
10/32
pl. egy 80 kg tömegő emberre az oSMF hatása megfelel 150 mg Diclofenac, Voltaren, Cataflam hatásának (ezekbıl a legnagyobb kiszerelés a 100 mg retard) 60
70
80
90
100
antinociceptikus/analgetikus hatás (%)
oSMF paracetamol 3 mg/kg diclofenac 2 mg/kg ibuprofen 1 mg/kg nimesulid 1.5 mg/kg metamizol 2.5 mg/kg meloxicam 2 mg/kg cloxinin 2 mg/kg piroxicam 2 mg/kg paracetamol 2.7 mg/kg meloxicam 1.5 mg/kg ketoprofen 2 mg/kg metamizol 2 mg/kg oSMF diclofenac 1.5 mg/kg naproxen 2.5 mg/kg piroxicam 1.5 mg/kg cloxinin 1.5 mg/kg ibuprofen 0.5 mg/kg nimesulid 1 mg/kg
MR
100 90
SMF
80
erıs homogén
70
#12#13 #14
#11
#10
#8
60
#6 #9 #7
50
egyoldalas
40 30
#16
#3
#15
#1
#5
20 10
#2
0 -10
#4
analgetikus hatás, %
11/32
12/32
2
80
ip acetic acid+saline sc. (44)
70
ip acetic acid+saline sc.+SMF (32)
60
ip acetic acid+NX sc. (26)
50
ip acetic acid+NX sc.+SMF (31)
σ-opioid receptor antagonista
átlagos vonaglási szám
átlagos vonaglási szám
µ-opioid receptor antagonista
40 30 20
90
ip acetic acid+saline sc. (44)
80
ip acetic acid+saline sc.+SMF (32)
70
ip acetic acid+NR sc. (6)
60
ip acetic acid+NR sc.+SMF (6)
50 40 30 20 10
10
0
0
0-5 0-5
5-20
20-30
5-20
0-30
20-30
0-30
idı, perc
idı, perc
13/32
14/32
ip acetic acid+saline sc. (44)
80
ip acetic acid+saline sc.+SMF (32)
70
ip acetic acid+nor-BNI sc. (6)
60 50
ip acetic acid+nor-BNI sc.+SMF (6)
40 30 20 10 0 0-5
5-20
20-30
0-30
Sham box kontroll
* 140
SMF oSMF
120
*
100
*
*
80
*
60 40 20
kontroll, RTX e.k. Sham box, RTX-pretreated SMF, RTX-RTX pretreated oSMF, e.k.
140 120 100 80 60 40 20 0
0 0-5 min--
0-5 min
20-25 min 25-30 min 30-35 min 35-40 min 40-45 min
20-25 min 25-30 min 30-35 min 35-40 min 40-45 min
PHASE I.
PHASE I. II. II.PHASE fázis
I. fázis
idı, perc
Duration of paw lifitings and lickings (s)
90
FormalinFormalin-indukált gyulladás (n=10)
Duration of paw and lickings (s) (s) talp nyalogatás éslifitings emelgetés ideje
átlagos vonaglási szám
κ-opioid receptor antagonista
PHASE II.
I. fázis
II. fázis
15/32
16/32
AlkoholAlkohol-indukált fekély (n=36, 24, 18 rendre)
Neuropáthia (n=6, 6)
90
m ech an ikai visszah ú zási kü szö b , g
100 kontroll
80
SMF
70
oSMF
60 50 40
p<0,001
30
p<0,001
Seltzer-operált csoport
5 o
Seltzer-operált csoport oSMF * kezeléssel
* o
*
*
20
25
*
*
*
4 * 3 postoperatív idı, nap 2
20
0
10 0
6
5
10
15
30
35
40
inhom ogén sztatikus m ágneses tér expozíció
1
17/32
18/32
3
MR
Válaszok - Van olyan sztatikus mágneses tér, amely erıs, akár 84% fölötti antinociceptikus hatást (analgéziát, fájdalomcsillapítást) okoz. okoz.
átlagos vonaglási szám
100 90
control (n=18)
80
3 T (n=18)
70
NX 3 T (n=6)
- Van sebgyógyulássebgyógyulás-elısegítı hatása is. - Az endogén opioid rendszer felelıs a hatásért.
60
- A µ-opioid receptorok is fontos szerepet játszanak.
50 40
20 10
- Hasonlóképpen fontosak a kapszaicinkapszaicin-érzékeny rostok a mágneses tér okozta fájdalomérzetfájdalomérzet-gátlásban.
*
30 *
*
- Az MR invazív és terápiás hatású lehet.
*
0 0-5
6-20
21-30
0-30
idı, min
19/32
20/32
Megjelent eredmé eredmények • Rácz Bernadette. 2006. Sztatikus mágneses tér (SMT) hatása a kísérletes kísérletes fájdalomérzésre egéren, Semmelweis Egyetem TDK, III. díj és a Magyar Farmakológiai Társaság Társaság Különdíja. • Rácz Bernadette. 2006. Sztatikus mágneses tér (SMT) hatása a kísérletes kísérletes fájdalomérzésre egéren, elıadás, Farmakológiai Társaság Szimpóziuma, Pécs. • Domokos Csaba, Hajagos Imre. 2006. 33-dimenziós mágneses tér szimulálása, Szegedi Egyetem TDK, I. díj. • Csaba Domokos, Imre Hajagos. 2006. Computation and visualization of magnetic fields, in Proceedings of Central European Seminar on Computer Graphics for Students, elıadás, elıadás, ČastáČastá-Papiernička, Szlovák Köztársaság. • János Lá László szló, Klá Klára Gyires. 2006. Static magnetic fieldfield-induced antinociceptive activity (analgesic effect) in mice may be mediated by the opioid system, Abstract, XVth World World Congress of Pharmacology, Acta Pharmacologica Sinica 7(1): 113. • János Lá László szló, Jenı Jenı Reiczigel, Lá László szló Szé Székely, Antal Gasparics, Istvá István Bogá Bogár, Lá László szló Bors, Bernadette Rácz, Klá Klára Gyires. 2007. Optimization of the static magnetic field parameters parameters improves analgesic effect in mice. Bioelectromagnetics 28/8:61528/8:615-627. • Katalin Sá Sándor, Zsuzsanna Helyes, Klá Klára Gyires, Já János Szolcsá Szolcsányi, Já János Lá László szló. 2007. Static magnetic fieldfield-induced antinociceptive effect and the involvement of capsaicincapsaicin-sensitive sensory nerves in this mechanism. Life Sciences 81:9781:97-102. • Klá Klára Gyires, Bernadett Rá Rácz, Zoltá Zoltán Zá Zádori, Já János Lá László szló. 2008. Static magnetic field induces an opioidopioid-mediated analgesic action in the writhing test in mice. Bioelectromagnetics Bioelectromagnetics 29/6:45629/6:456-462. • János László szló, Klára Klára Gyires. Gyires. 2008. 3 T homogeneous static magnetic field of a clinical MR significantly significantly inhibits pain in mice, mice, nyomdá nyomdában a Life Sciences 84/184/1-2:1212-17. • Miklós Antal, Antal, János János László szló. 2009. Exposure to inhomogeneous static magnetic field ceases mechanical mechanical allodynia in neuropathic pain. Bioelectromagnetics 30/6: 30/6:438438-445. • János László szló, Júlia Júlia Tímár, Zsuzsanna Zsuzsanna Gyarmati, Gyarmati, Zsuzsanna Zsuzsanna Fürst, rst, Klára Klára Gyires. Gyires. 2009. PainPain-inhibiting inhomogeneous static magnetic field fails to influence locomotor activity and anxiety behaviour in mice: no interference between magnetic fieldfield- and morphinemorphine-treatment. Brain Research Bulletin 79: 79:316316-321. 321.
3. Feladatok
21/32
22/32
A megoldás fıbb lépései
- Irodalmi adatok győjtése (elektromágneses terek számításának módszerei)
A) Adott geometriájú, adott mágneses specifikációjú permanens mágnes terének számítása integrálegyenletes módszerrel.
- Recenzió készítése az irodalmi áttekintésbıl - Saját modell elkészítése, tesztelése, debugging
23/32
24/32
4
A megoldás menete (integrálegyenletes megoldás)
∫ H ds = ∫ J df + ∫ s
n
g
f
f
∫ E ds = −∫ s
g
f
sztatikus mágneses tér
∂D ∂Dn df ⇔ rot H = J + ∂t ∂t
( )
⇒
( )
rot H = 0
( )
( )
n1'
M
∫ D df = ∫ ρ dV ⇔ div ( D ) = ρ
⇒
n
f
∫
n1
elektromos töltéshordozók nélkül
n1 = −n1'
elektrosztatikus tér ∂Bn ∂B df ⇔ rot E = − ⇒ rot E = 0 ∂t ∂t
r
( )
n2 = −n2'
div D = 0
'
nn’2 2
V
( )
xf,yf,zf
Bn df = 0 ⇔ div B = 0
n2
f
E = − grad (U )
( )
B = rot A
vagy
(
) (
) (
)
V2
( ) div ( B ) = 0
( ) div ( B ) = 0
B2 = µ0 H 2
r = x f − xs i + y f − ys j + z f − zs k
B = µµ0 H ⇒ µ0 H + M H s + H m div(H )=0 rot( H = 0 m) s
D = εε 0 E
V1
H = − grad (φ )
rot H 1 = 0 1
B1 = µµ0 H 1
rot H 2 = 0 2
25/32
V1
26/32
V2
H 1 = − grad (φ1 )
H 2 = H 2s − grad (φ2 )
0
M
div − grad (φ1 ) + M = 0
n1'
n1
r
div − grad (φ2 ) = 0
( )
div grad (φ1 ) = div M
n'2
xf,yf,zf
n’2n
2
E1t = E2t
H 1t = H 2t
D1n − D2n = ω
B1n = B2n
1 1 H 2 = − grad (φ2 ) = − grad M grad dV 4π V r 1
B) Egy egér geometriájának számítógépes szimulációja (voxel fantom készítés) úgy, hogy a geometriailag megfelelı modellmodell-szervek helyesen tükrözzék azok anizotróp mágneses tulajdonságait is.
∫
Ii = −
1 ∂Φ 1 ∂ B2 df =− R ∂t R ∂t f
∫
27/32
A megoldás fıbb lépései
28/32
Elvárások
- Irodalmi adatok győjtése (pl. BiCG, 3D NURBS), irodalmi modellek mőködésének megértése - Recenzió készítése az irodalmi áttekintésbıl - A méretarányos sztatikus modell felépítése - Adatok győjtése a szövetek mágneses szuszceptibilitásáról - A szövetek elektromos és mágneses tulajdonságainak implementációja - A modell tesztelése, debugging
29/32
- ambíció tudományos munka végzésére, az eredmények elérésére - angol nyelv ismerete (olvasás) - önálló munkavégzés képessége (angol nyelvő irodalmazás, lényegkiemelés, a felmerülı problémák matematikai megfogalmazása stb.) - érdeklıdés véges differencia módszerrel, elliptikus integrálok számolásával kapcsolatban - számítógép programozási gyakorlat elıny - több hallgató esetén elıny, ha az illetık már tevékenykedtek csapatban 30/32
5
Fantom
epe gerinc
hólyag
vesék
testszövetek
gyomor máj
labirintus szerv tüdık agy szív
szerv/szö szerv/szövet
jellemzı jellemzı alak
jellemzı ellemzı méretek
jellemzı jellemzı irány
jellemzı jellemzı pozí pozíció ció
átlagos tlagos mágneses szuszcepszuszceptibilitá tibilitás
átlagos tlagos elektromos vezetı vezetıképessé pesség
agy epe gerinc gyomor hólyag máj szí szív testsz övetek testszö jobb tüdık bal jobb vese bal
fej törzs 31/32
32/32
6
