Ohřev mozkových nádorů pomocí mikrovlnné hypertermie

Abstract

Cílem této diplomové práce je numerická studie proveditelnosti mikrovlnné hypertermie nádorů mozku. V rámci studie byla provedena analýza schopnosti dosáhnout terapeuticky relevantní konstruktivní superpozice elektromagnetických vln v cílech léčby v závislosti na velikosti a pozici cílů, pracovní frekvenci hypertermického systému, počtu anténních elementů tvořící aplikátor. Tato studie byla provedena pro celkem 10 anatomicky realistických modelů lidské hlavy, ve kterých bylo uvažováno 10 modelů nádorů o průměrech 2, 2,5 a 3 cm. Byly analyzovány aplikátory s 8, 12, 16 a 24 anténními elementy a pracovní frekvence 434, 650, 915 a 1150 MHz. Pro všechny scénáře byly vypočítány rozložení elektromagnetických polí od jednotlivých anténních elementů a bylo provedeno plánování léčby a vyhodnocena jeho kvalita pomocí parametrů využívaných v aktuální klinické praxi TC a HTQ. Oba parametry indikují optimální léčbu pro pracovní frekvenci 434 MHz. Dostatečný počet anténních elementů, splňující požadavky na pokrytí celé cílené plochy, je 12 a zvýšením jejich počtu nemá na kvalitativní parametry výrazný vliv. Pro výslednou pracovní frekvenci 434 MHz byl dále navržen, realizován a testován anténní element, který prokázal schopen dodávat dostatečný výkon do tkáně v souladu se simulacemi.

The aim of this Master’s thesis is a numerical study of the feasibility of microwave hyperthermia of brain tumours. The study analysed the ability to achieve therapeutically relevant constructive superposition of electromagnetic waves in treatment targets depending on the size and position of the targets, the operating frequency of the hyperthermic system, and the number of antenna elements forming the applicator. This study was performed for a total of 10 anatomically realistic human head models, in which 10 tumour models with diameters of 2, 2.5, and 3 cm were considered. Applicators with 8, 12, 16, and 24 antenna elements and operating frequencies of 434, 650, 915, and 1150 MHz were analysed. For all scenarios, the distribution of electromagnetic fields from individual antenna elements was calculated and treatment planning was performed, and its quality was evaluated using parameters used in current clinical practice TC and HTQ. Both parameters indicate optimal treatment for an operating frequency of 434 MHz. A sufficient number of antenna elements meeting the requirements to cover the entire target area is 12 and increasing their number does not have a significant effect on the quality parameters. For the resulting operating frequency of 434 MHz, an antenna element was further designed, implemented, and tested, which proved to be able to deliver sufficient power to the tissue in accordance with the simulations.