Optimalizace hypertermické léčby pomocí numerických simulací veličiny SAR

Abstract

Cílem této práce je optimalizace hypertermické léčby pomocí numerických simulací veličiny SAR. Mikrovlnná hypertermie je v současnosti rozvíjející se metoda využívaná k léčbě nádorového onemocnění. V první části vlastní práce popisuji potřebné technické vybavení pro aplikaci hypertermické léčby a numerické metody, které jsou novým trendem pro její optimální plánování. V další části je vybrána vhodná numerická metoda a software pro plánování léčby pomocí vlnovodného aplikátoru pracujícího na frekvenci f = 434 MHz a napojeného na výkonný generátor, jehož výkon je P = 100 W. Výsledkem práce je vytvoření modelu aplikátoru a simulací jeho impedančního přizpůsobení na agarovém fantomu svalové tkáně a dále pak také 3D rozložení veličiny SAR. Model a simulace jsou provedené v softwarovém prostředí SEMCAD. Součástí práce je též praktické vyhodnocení aplikátoru na vytvořený agarový fantom svalové tkáně. Zhodnocení a porovnání výsledků simulací a praktického měření mohou dále sloužit k optimalizaci hypertermické léčby a tím přispět zavedení numerické metody FDTD pro pravidelné plánování hypertermické léčby na Ústavu radiační onkologie NNB.

The purpose of this paper is optimization of hyperthermia treatments based on numerical simulations of SAR. The microwave hyperthermia is a currently developing method applied in cancer therapy. The first part of the paper deals with technical requirements of hyperthermia treatments and numerical methods, which represent a new approach in the therapy's optimal planning. Subsequently, appropriate numerical method and software is selected to plan a treatments with use of waveguiding applicator with working frequency of 434 MHz and generator with power of 100 W. The outcomes of the paper are a model of the applicator, simulation of its impedance matching for agar phantom of muscle tissue and 3D distribution map of the SAR. The model and the simulations are implemented in SEMCAD development environment. Further on, the applicator is tested for real agar phantom of muscle tissue. The evaluation and comparison of the simulations and real phantom experiments can help to optimize the hyperthermia treatments and thereby lead to introduction of the numeric method FDTD for regular planning of hyperthermia treatments at the Institute of Radiation Oncology of the Hospital NB in Prague.