ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2022, № 9 · БИОМЕДИЦИНСКАЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

Моделирование совмещенного нагрева для абляции опухолей

В.Н. Макаров1,2, Н.А. Боос1

1 МИРЭА - Российский технологический университет, Москва, Россия
2 ООО Фирма ТЕХНОСВЕТ, Москва, Россия
Полный текст (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2022.9.5 УДК 615.47:617-089 EDN QGAJRN

Аннотация

В области терапии онкологии в последние несколько десятилетий интенсивно развиваются методы локальной термодеструкции, представляющие собой нагрев злокачественного новообразования до температуры коагуляции и выше. Среди них наиболее распространены радиочастотная абляция (РЧА) и микроволновая абляция (МВА). Основной проблемой существующих установок МВА и РЧА является недостаточная степень коагуляции тканей. В зависимости от типа ткани, могут применяться различные способы воздействия электромагнитным полем. В радиочастотном диапазоне может применяться омический нагрев, подходящий для тканей с высокой степенью проводимости, а для тканей с низкой проводимостью - диэлектрический нагрев. Для увеличения объема нагрева предлагается сочетать омический и диэлектрический нагрев. Целью данной работы являлось исследование возможности совмещения процессов омического и диэлектрического нагревов на основе методов микроволновой и радиочастотной термической деструкции. Было проведено компьютерное моделирование комбинированного нагревательного электрода. Для создания модели использовался программный пакет COMSOL Multiphysics. Алгоритм построения модели заключался в создании геометрии, выборе размеров рабочих зон электродов, задании мощностных параметров и наложении конечно-элементной сетки. Модель была двумерной. Рассмотрены различные конфигурации комбинированного нагревательного электрода. В результате было установлено, что можно создать площадь обогрева большего объема, чем при раздельном воздействии. Общая форма результирующего нагрева во всех случаях имела эллиптическую форму. При этом картина нагрева для РЧА рабочих зон размером 5 мм имела форму, более подходящую для лечения сферических опухолей, чем для рабочих зон с размером 10-20 мм. Полученные результаты демонстрируют возможность увеличения объема нагрева более чем на 40% по сравнению с одиночными режимами работы. Рассчитаны наиболее подходящие размеры РЧА зон нагрева, при которых объем нагрева будет максимальным. Использование комбинированного нагрева в клинической практике частично решит проблемы недостаточного объема нагрева, присущие режиму одноэлектродного нагрева как при РЧА, так и при МВА.

  • абляция
  • совмещенный нагрев
  • электрод
  • компьютерное моделирование
Abstract (in English)

Simulation of combined heating for tumor ablation

In the field of oncology therapy in the last few decades, methods of local thermal destruction have been intensively developed, which is heating a malignant neoplasm to a coagulation temperature and above. Among them, radiofrequency ablation (RFA) and microwave ablation (MWA) are the most common. The main problem of the existing MWA and RFA units is the insufficient degree of tissue coagulation. Depending on the type of tissue, various methods of exposure to an electromagnetic field can be used. In the radio frequency (RF) range, ohmic heating can be used, suitable for highly conductive tissues, and dielectric heating for low conductivity tissues. To increase the heating volume, it is proposed to combine ohmic and dielectric heating. The purpose of this work was to study the possibility of combining the processes of ohmic and dielectric heating based on methods of microwave and radiofrequency thermal destruction. A computer simulation of the combined heating electrode was carried out. The COMSOL Multiphysics software package was used to create the model. The algorithm for constructing the model consisted in creating the geometry, choosing the sizes of the working zones of the electrodes, setting the power parameters and imposing a finite element mesh. The model was two-dimensional. Various configurations of the combined heating electrode were considered. As a result, it was found that it is possible to create a heating area of a larger volume than with separate exposure. The overall shape of the resulting heating in all cases had an elliptical shape. At the same time, the heating pattern for RF working zones with a size of 5 mm had a shape more suitable for the treatment of spherical tumors than for working zones with a size of 10-20 mm. The results obtained demonstrate the possibility of increasing the heating volume by more than 40% compared to single operating modes. The most suitable sizes of RF heating zones are calculated, at which the heating volume will be maximum. The use of combined heating in clinical practice will partially solve the problems of insufficient heating volume inherent in the single-electrode heating mode in both RFA and MWA.

Для цитирования

Макаров В.Н., Боос Н.А. Моделирование совмещенного нагрева для абляции опухолей // Журнал радиоэлектроники. – 2022. – № 9. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.9.5

Литература

  1. Макаров В.Н., Боос Н.А. Сравнение процессов радиочастотной абляции для монополярных и биполярных систем. Биомедицинская радиоэлектроника. 2021. Т.24. №3. С.57-63. https://doi.org/10.18127/j15604136-202103-06
  2. Макаров В.Н., Боос Н.А. Тенденции развития установок для радиочастотной абляции. Биомедицинская радиоэлектроника. 2021. Т.24. №6. С.58-68. https://doi.org/10.18127/j15604136-202106-06
  3. Макаров В.Н. Применение распределенного нагрева для теплового разрушения опухолей (краткий обзор). Биомедицинская радиоэлектроника. 2018. №1. С.54-60. https://doi.org/10.18127/j15604136-201902-01
  4. Hocquelet A., Aubé C., Rode A., Cartier V., Sutter O., Manichon A.F., Boursier J., N'kontchou G., Merle P., Blanc J.F., Trillaud H., Seror O.Comparison of no-touch multi-bipolar vs. monopolar radiofrequency ablation for small HCC. J Hepatol. V.66. №1. P.67-74. https://doi.org/10.1016/j.jhep.2016.07.010
  5. Fallahi H, Prakash P. Antenna Designs for Microwave Tissue Ablation. Crit Rev Biomed Eng. 2018. V.46. №6. P.495-521. https://doi.org/10.1615/CritRevBiomedEng.2018028554
  6. Патент США №9333034. Hancock C.P. Electrosurgical apparatus for RF and microwave delivery. Application Date: 10.10.2013. Publication Date: 10.05.2016. URL: https://patents.google.com/patent/US9333034B2/en?oq=9333034