Regionální hypertermický systém pro léčbu dětských onkologických pacientů

Abstract

Regionální hypertermický systém pro léčbu dětských onkologických pacientů: Tato práce se zabývá návrhem systému regionální hypertermie (RHT) pro pediatrické pacienty s nádorovým onemocněním v břišní a pánevní oblasti. Hypertermie je terapeutická metoda, která je založena na principu zahřívání nad tělesnou teplotu vlivem působení EM pole. Tím je zvýšena citlivost nádorových buněk ke konvenčním terapiím, jako je chemoterapie či radioterapie. V současné době jsou u pediatrických pacientů používány systémy vyvinuté původně pro dospělé. Cílem této práce je navrhnout RHT systém, u kterého bude stanovena pracovní frekvence a počet anténních elementů. Druhý cílem je vytvořit anténní element pro frekvenci 434 MHz. V této práci byla provedena in silico studie zahrnující simulace EM pole a optimalizace fází a amplitud generovaného signálu. Studie byla provedena na 12 segmentovaných 3D modelech pediatrických pacientů. U jednotlivých pacientů byl kvalifikovaně odhadnut věk. Na základě klinicky používaných parametrů THQ, TC25 a TC50 byla stanovena pracovní frekvence a počet anténních elementů. V druhé části práce byla vytvořena mikropásková anténa s dutinou, představující zemnící plochy. Jelikož je anténa inspirovaná článkem D. Baskaran a kol. (2020) [1], byla nejprve podle článku provedena simulace antény. Na fantomu byl poté změřen koeficient odrazu a distribuce SAR. Naměřené výsledky byly porovnány s predikovanými. Pro navržený RHT systém bylo stanoveno osm anténních elementů s pracovní frekvencí 200 MHz. Simulovaná anténa má koeficient odrazu -20,7 dB. U vyrobené antény byl naměřen koeficient odrazu -11,3 dB. Oproti simulované anténě je distribuce SAR u antény vyrobené méně rovnoměrná. Navržený RHT systém by měl být do budoucna vyroben a podroben reálnému měření.

Regional hyperthermia system for treatment of pediatric oncological patients: This paper deals with the design of a regional hyperthermia therapy (RHT) system for pediatric patients with abdominal and pelvic cancer. Hyperthermia is a therapeutic method that is based on the principle of heating above body temperature due to EM field. This increases the sensitivity of cancer cells to conventional therapies such as chemotherapy or radiotherapy. Currently, systems originally developed for adults are used for paediatric patients. The aim of this work is to design an RHT system for which the operating frequency and the number of antenna elements will be determined. The second objective is to create an antenna element for the 434 MHz frequency. In this thesis, an in silico study has been carried out involving EM field simulations and optimization of the phases and amplitudes of the generated signal. The study was realized on 12 segmented 3D models of pediatric patients. The age of each patient was estimated in an informed manner. The operating frequency and number of antenna elements were determined based on clinically used parameters THQ, TC25 and TC50. In the second part of the work, a microstrip antenna with a cavity representing the ground plane was created. Since the antenna is inspired by the paper D. Baskaran a kol. (2020) [1], the antenna was first simulated according to the paper. The reflection coefficient and SAR distribution were then measured on the phantom. The measured results were compared with the predicted results. Eight antenna elements with an operating frequency of 200 MHz were determined for the proposed RHT system. The simulated antenna has a reflection coefficient of -20.7 dB. For the made antenna, a reflection coefficient of -11.3 dB was measured. Compared to the simulated antenna, the SAR distribution of the fabricated antenna is less uniform. The proposed RHT system should be fabricated and subjected to real measurements in the future.