Návrh aplikátoru pro lokální hypertermii s optimalizovaným vodním bolusem

Abstract

Cílem této diplomové práce je navrhnout vlnovodné aplikátory pro lokální hypertermii, které by byly ekvivalentní planárním aplikátorům BETA a GAMMA náležejícím k hypertermické soustavě ALBA ON 4000. Dalšími cíli je optimalizovat u těchto navržených vlnovodných aplikátorů tloušťku vodního bolusu z hlediska impedančního přizpůsobení a porovnat výsledky s praktickým měřením planárních aplikátorů BETA a GAMMA. Zkoumanými parametry jsou činitel odrazu S11, u kterého je na cílové frekvenci 434 MHz požadována hodnota menší než -10 dB, a rozložení SAR. V rámci návrhu vlnovodných aplikátorů je také popsán doporučený postup a vliv změny jednotlivých parametrů aplikátoru na zkoumané parametry S11 a rozložení SAR. Optimalizace vodního bolusu je řešena při použití modelu agarového fantomu, třívrstvého modelu skládajícího se z vrstvy kůže, tukové a svalové tkáně, a modelu, který oproti předchozímu navíc obsahuje kost. U třívrstvého modelu je také zkoumán vliv změny tloušťky tukové vrstvy na výběr optimální tloušťky bolusu, u modelu s kostí vliv hloubky umístění kosti a její orientace vůči vektoru intenzity elektrického pole. Výsledky měření planárních aplikátorů na agarovém fantomu jsou porovnány s výsledky simulací. Simulace k návrhu vlnovodných aplikátorů i k optimalizaci vodního bolusu jsou přiloženy k této práci.

The goals of this diploma thesis are to design waveguide applicators for local hyperthermia which would be equivalent to planar applicators BETA and GAMMA belonging to ALBA Hyperthermia System ON 4000, to optimize the thickness of water bolus used with these designed waveguide applicators with respect to impedance matching and to compare the results with practical measurement of planar applicators BETA and GAMMA. Return loss S11 which should reach a value smaller than -10 dB on the target frequency 434 MHz and SAR distribution are examined. Within the design of the applicators, also recommended design procedure and influence of the change of waveguide applicator parameters on S11 and SAR distribution are described. The water bolus optimization was solved using a model of agar phantom, a three-layer model composed of skin, fat and muscle layer, and a model which contains bone in addition to the three-layer model. The influence of changing fat layer thickness in the three-layer model and the influence of bone placing depth and orientation to the vector of electric field strength in the model with bone on choosing optimal thickness of water bolus are examined. The measurement results of the planar applicators, using agar phantom, are compared with the simulated results. The simulations that were created for purpose of this diploma thesis are enclosed.