MODELING OF MICROWAVE ABLATION OF VARIOUS HUMAN BODY TISSUES WITH A COAXIAL ANTENNA WITH FOUR SLOTS

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Данная работа посвящена внутритканевой микроволновой гипертермии – популярному медицинскому методу лечения патологических тканей человека, содержащих раковые опухоли. Двумерный конечно-элементный анализ используется для сравнения процесса микроволновой абляции в различных тканях человека. Представленная модель основана на волновом уравнении для режима поперечного электромагнитного поля в сочетании с уравнением Пеннеса для переходного режима. Кроме того, модель учитывает термоэлектрические свойства тканей организма человека для рабочей частоты антенны 2.45 ГГц. Представлен сравнительный анализ методов микроволновой абляции различных тканей, включая мозг, молочную железу, почки, печень и легкие. Ранее подобные исследования отсутствовали в литературе по моделированию гипертермии тканей человека. Представлены профили рассеивания мощности, температуры и распределения удельного коэффициента поглощения SA в тканях. Показано влияние увеличения мощности на профили распределения температуры и SA, а также что с увеличением мощности распределение температуры внутри ткани со временем повышается.

Sobre autores

E. Poorreza

Sahand University of Technology

Email: elnaz.poorreza@gmail.com
Faculty of Electrical Engineering, e_poorreza@sut.ac.ir Tabriz, Iran

N. Gargari

Aras Branch, Islamic Azad University

Department of Electrical Engineering Jolfa, Iran

Bibliografia

  1. Van der Zee J. Heating the Patient: A Promising Approach? // Ann. Oncol. 2002. V. 13. № 8. P. 1173.
  2. Cepeda Rubio M.F.J., Hernande A.V., Salas L.L., Avila-Navarro E.A. Coaxial Slot Antenna Design for Microwave Hyperthermia Using Finite-difference Time-domain and Finite Element Method // Open Nanomed. J. 2011. V. 3. № 1. P. 2.
  3. Hildebrandt B., Wust P., Ahlers O., Dieing A., Sreenivasa G., Kerner T., Felix R., Riess H. The Cellular and Molecular Basis of Hyperthermia // Crit. Rev. Oncol. Hematol. 2002. V. 43. № 1. P. 33.
  4. Habash R. Bioeffects and Therapeutic Applications of Electromagnetic Energy. CRC Press, 2007.
  5. Tomita K., Matsui Y., Uka M., Umakoshi N., Kawabata T., Munetomo K., Nagata S., Iguchi T., Hiroki T. Evidence on Percutaneous Radiofrequency and Microwave Ablation for Liver Metastases over the Last Decade // Jpn. J. Radiol. 2022. V. 40. № 10. P. 1035.
  6. Bertolotti L., Bazzocchi M.V., Iemma E., Pagnini F., Ziglioli F., Maestroni U., Patera A., Natale M.P., Martini C., De Filippo M. Radiofrequency Ablation, Cryo-ablation, and Microwave Ablation for the Treatment of Small Renal Masses: Efficacy and Complications // Diagnostics. 2023. V. 13. № 3. P. 388.
  7. Zhou H.-d., Yu X.-y., Wei Y., Zhao Z.-L., Peng L., Li Y., Lu N.-c., Yu M.-a. A Clinical Study on Microwave Ablation of Multifocal (≤3) T1N0M0 Papillary Thyroid Carcinoma // Eur. Radiol. 2023. V. 33. № 6. P. 4034.
  8. Wada T., Sugimoto K., Sakamaki K., Takahashi H., Kakegawa T., Tomita Y., Abe M., Yoshimaru Y., Takeuchi H., Itoi T. Comparisons of Radiofrequency Ablation, Microwave Ablation, and Irreversible Electroporation by Using Propensity Score Analysis for Early Stage Hepatocellular Carcinoma // Cancers. 2023. V. 15. № 3. P. 732.
  9. Wust P., Hildebrandt B., Sreenivasa G., Rau B., Gellermann J., Riess H., Felix R., Schlag P. Hyperthermia in Combined Treatment of Cancer // Lancet Oncol. 2002. V. 3. № 8. P. 487.
  10. Facciorusso A., Di Maso M., Muscatello N. Microwave Ablation versus Radiofrequency Ablation for the Treatment of Hepatocellular Carcinoma: A Systematic Review and Meta-analysis // Int. J. Hyperthermia. 2016. V. 32. № 3. P. 339.
  11. Barrow B., Martin II R.C.G. Microwave Ablation for Hepatic Malignancies: A Systematic Review of the Technology and Differences in Devices // Surg. Endosc. 2023. V. 37. № 2. P. 817.
  12. Wang Z., Liu M., Zhang D.Z., Wu S.S., Hong Z.X., He G.b., Yang H., Xiang B.d., Li X., Jiang T.A. Microwave Ablation Versus Laparoscopic Resection as First-line Therapy for Solitary 3–5-cm HCC // Hepatology. 2022. V. 76. № 1. P. 66.
  13. Zheng L., Dou J.-p., Liu F.-y., Yu J., Cheng Z.-g., Yu X.-l., Wang H., Liu C., Yu M.-a., Cong Z.-b. et al. Microwave Ablation vs. Surgery for Papillary Thyroid Carcinoma with Minimal Sonographic Extrathyroid Extension: A Multicentre Prospective Study // European Radiol. 2023. V. 33. № 1. P. 233.
  14. Poggi G., Tosoratti N., Montagna B., Picchi C. Microwave Ablation of Hepatocellular Carcinoma // World J. Hepatol. 2015. V. 7. № 25. P. 2578.
  15. Simon C.J., Dupuy D.E., Mayo-Smith W.W. Microwave Ablation: Principles and Applications // Radiographics. 2005. V. 25(suppl_1). P. S69.
  16. Kuroda H., Nagasawa T., Fujiwara Y., Sato H., Abe T., Kooka Y., Endo K., Oikawa T., Sawara K., Takikawa Y. Comparing the Safety and Efficacy of Microwave Ablation Using ThermosphereTM Technology Versus Radiofrequency Ablation for Hepatocellular Carcinoma: A Propensity Score-matched Analysis // Cancers. 2021. V. 13. № 6. P. 1295.
  17. Chiang J., Wang P., Brace C.L. Computational Modelling of Microwave Tumour Ablations // Int. J. Hyperthermia. 2013. V. 29. № 4. P. 308.
  18. Keangin P., Rattanadecho P. Analysis of Heat Transport on Local Thermal Non-equilibrium in Porous Liver during Microwave Ablation // Int. J. Heat Mass Transfer. 2013. V. 67. P. 46.
  19. Cepeda Rubio M.F.J., Guerrero López G.D., Valdés Perezgazza F., Flores García F., Vera Hernández A., Leija Salas L. Computer Modeling for Microwave Ablation in Breast Cancer Using a Coaxial Slot Antenna // Int. J. Thermophys. 2015. V. 36. № 10. P. 2687.
  20. Reinhardt M., Brandmaier P., Seider D., Kolesnik M., Jenniskens S., Sequeiros R.B., Libisberger M., Vogireller P., Flanagan R., Mariappan P., Busse H., Moche M. A Prospective Development Study of Software-guided Radio-frequency Ablation of Primary and Secondary Liver Tumors: Clinical Intervention Modelling, Planning, and Proof for Ablation Cancer Treatment (ClinicIMPPACT) // Contemp. Clin. Trials Commun. 2017. V. 8. P. 25.
  21. Wongkedsada T., Phasukki P. Microwave Ablation Multi-antennas Operation Studying for Hepatic Cancer Microwave Ablation Treatment System Using 3D-finite Element Analysis // 12th Biomedical Engng. Int. Conf. (BMECON) 2019. Ubon Ratchathani, Thailand. IEEE, 2021. https://doi.org/10.1109/BMEICON47515.2019.8990188
  22. Lin J.C., Hirai S., Chiang C.-L., Hsu W.-L., Su J.-L., Wang Y.-J. Computer Simulation and Experimental Studies of SAR Distributions of Interstitial Arrays of Sieved-slot Microwave Antennas for Hyperthermia Treatment of Brain Tumors // IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 2000. V. 48. № 11. P. 2191.
  23. Selmi M., Bin Dukhvil A.A., Belmabrouk H. Numerical Analysis of Human Cancer Therapy Using Microwave Ablation // Applied Sciences. 2019. V. 10. № 1. P. 211.
  24. Tehrani Z.R., Saadat S., Saleh E., Ouyang X., Constantine N., DeVico A.L., Harris A.D., Lewis G.K., Kotiliil S., Sajadi M.M. Performance of Nucleocapsid and Spike-based SARS-CoV-2 Serologic Assays // PLOS One. 2020. V. 15. № 11. e0237828.
  25. Radjenovic B., Sabo M., Šoltes L., Prnova M., Čičak P., Raduniović-Radjenović M. On Efficacy of Microwave Ablation in the Thermal Treatment of an Early-stage Hepatocellular Carcinoma // Cancers. 2021. V. 13. № 22. P. 5784.
  26. Poorreza E. Численный анализ теплообмена в тканях печени при CBЧ-абляции с использованием одной, двух, трех и четырех щелей // TBT. 2024. T. 62. № 1. C. 131.
  27. Keangin P., Rattanadecho P., Wessapan T. An Analysis of Heat Transfer in Liver Tissue during Microwave Ablation Using Single and Double Slot Antenna // Int. Commun. Heat Mass Transfer. 2011. V. 38. № 6. P. 757.
  28. Keangin P., Rattanadecho P. A Numerical Investigation of Microwave Ablation on Porous Liver Tissue // Adv. Mech. Eng. 2018. V. 10. № 8. https://doi.dox.org/10.1177/1687814017734133
  29. Rattanadecho P., Keangin P. Numerical Study of Heat Transfer and Blood Flow in Two-layered Porous Liver Tissue during Microwave Ablation Process Using Single and Double Slot Antenna // Int. J. Heat Mass Transfer. 2013. V. 58. № 1–2. P. 457.
  30. Wu X., Liu B., Xu B. Theoretical Evaluation of High Frequency Microwave Ablation Applied in Cancer Therapy // Appl. Therm. Eng. 2016. V. 107. P. 501.
  31. Pennes H.H. Analysis of Tissue and Arterial Blood Temperatures in the Resting Human Forearm // J. Appl. Physiol. 1998. V. 85. № 1. P. 5.
  32. Mahfoud B. Effect of Wall Electrical Conductivity on Heat Transfer Enhancement of Swirling Nanofluid-flow // J. Nanofluids. 2023. V. 12. № 2. P. 418.
  33. Gas P. Study on Interstitial Microwave Hyperthermia with Multi-slot Coaxial Antenna // Revue Roumaine des Sciences Techniques, Série Électrotechnique et Énergétique. 2014. V. 59. № 2. P. 215.
  34. Brace C.L. Radiofrequency and Microwave Ablation of the Liver, Lung, Kidney, and Bone: What are the Differences? // Curr. Probl. Diagn. Radiol. 2009. V. 38. № 3. P. 135.
  35. Gabriel C., Gabriel S., Corthout Y. The Dielectric Properties of Biological Tissues: I. Literature Survey // Phys. Med. Biol. 1996. V. 41. № 11. P. 2231.
  36. Yang D., Converse M.C., Mahvi D.M., Webster J.G. Expanding the Bioheat Equation to Include Tissue Internal Water Evaporation during Heating // IEEE. Trans. Biomed. Eng. 2007. V. 54. № 8. P. 1382.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».