Návrh a realizace hybridní antény využitelné pro mikrovlnou hypertermii a mikrovlnné zobrazování založené na radarové metodě

Abstract

Rakovina prsu je závažné onkologické onemocnění. V současné době se nádory prsu léčí nejčastěji chirurgickým zásahem, radioterapií nebo chemoterapií. Novým trendem je v pokročilejších fázích onemocnění kombinace výše zmíněných terapií s hypertermií, čímž se zpravidla dosahuje vyšší úspěšnosti léčby. Pro ohřev nádorové tkáně lze využít elektromagnetické (EM) vlny s vlnovou délkou v oblasti mikrovln. K přenosu EM energie do pacientova těla se využívají tzv. aplikátory. Existují dva typy mikrovlnných aplikátorů, první pro detekci pozice nádoru na bázi radarové metody, a druhý pro samotnou hypertermickou terapii. Každá z těchto metod vyžaduje rozdílné funkční parametry aplikátorů. Cílem této práce je vytvoření hybridního aplikátoru, který splňuje specifické požadavky pro obě metody. Aplikátor je schopen efektivně přenést mikrovlnnou energii ve frekvenčním rozsahu 0,3 - 3 GHz. V simulačním software SEMCAD X byl navržen aplikátor, jehož parametry byly následně ověřeny simulacemi. Tento aplikátor byl na základě virtuálních výsledků iteračně vylepšován. Při dosažení velmi dobrých parametrů byl návrh aplikátoru vyroben a testován experimentálně. Paralelně byl implementován rekonstrukční algoritmus (Delay and sum) v prostředí MATLAB pro radarovou metodu. Navržený mikrovlnný aplikátor, zpracované simulace a výsledky experimentu jsou zahrnuty v této práci. Z experimentálního měření vyplývá, že zvolený koncept je vhodný pro využití v klinické praxi. Výsledky ukazují potenciál k dalšímu rozvoji na poli mikrovlnné hypertermie.

Breast cancer is serious oncological disease. Common treatment includes surgery, radiotherapy and chemotherapy. The new trend is combination of the above-mentioned therapies with hyperthermia in more advanced stages of the disease. This combination has generally resulted in higher treatment success rate. For the heating of tumour tissue can be used electromagnetic (EM) waves with wavelength in the region of microwaves. For transfer energy to the patient are used so called applicators. There are two distinguished types of microwave applicators - the first for detecting the position of the tumour based on the radar method and second for microwave hyperthermia therapy. Each of those methods require different functional parameters of applicators. Aim of this study is to create hybrid applicator that is capable to fulfil role of both at once. The applicator is capable of efficient microwave energy transmission in interval of 0,3 to 3 GHz. Applicator was developed and tested using software SEMCAD X and Creo 4. This applicator was adjusted and improved via iteration loops based on simulation results. After reaching promising parameters, applicator was created and experimentally tested. Reconstruction algorithm (Delay and sum) was implemented for radar method in MATLAB at the same time. Proposed applicator design, simulation and results of the experiment are shown in this work. The experimental measurement indicates, that the selected concept is suitable for use in clinical practice. This design is promising for further development on hyperthermia field.