Prospects for interstitial hyperthermia of very small tumors with 9-30 GHz microwaves

• Autorzy: Granatstein V. L. , Rodgers J. C. , Yeshitla B. , Surapaneni S.

Warianty tytułu

PL

Perspektywy wewnątrztkankowej hipertermii w usuwaniu zmian rakowych z użyciem promieniowania mikrofalowego w zakresie 9-30 GHz

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The minimum achievable volume for local deposition of microwave energy in biological material has been assessed in the frequency range 9 GHz to 30 GHz. Both numerical simulation of deposition in human tissue and experiments with chicken breast tissue (similar to human muscle) were employed. With a very short monopole antenna at the end of a miniature co-axial cable and a 10 Watt, 1 second pulse of 9 GHz microwaves, a sphere with diameter of 1.5 millimeters was preferentially heated to temperatures required for cell destruction. Simulations indicate that if frequency were raised to 30 GHz the diameter of the heated sphere would shrink to 1 millimeter. Tumors in humans are often first detected when they are about 1 millimeter in diameter. The results reported are preliminary in nature being obtained as part of a training project for M.S. students.

PL

Ten artykuł jest poświęcony metodzie wykorzystania energii promieniowania elektromagnetycznego z zakresu częstotliwości od 9 GHz do 30 GHz w uzyskaniu pożądanych skutków medycznych w małych objetościach materiału biologicznego. Zarówno symulacje numeryczne działania wypromieniowanej fali w tkance ludzkiej, jak i eksperymenty z tkanką kurczęcia (która ma podobne właściwości do tkanki ludzkiej), zostały wykonane i są tutaj omówione. Pokazano, że przy wykorzystaniu bardzo krótkiej jednopolowej anteny zainstalowanej na końcu miniaturowego współosiowego kabelka, wypromieniowanej rnocy 10 W w impulsie o czasie trwania l s i częstotliwości fali 9 GHz, można wybraną objętość tkanki o kształcie kuli o średnicy l,5 mm ogrzać do temperatury, w której /achodzi zniszczenie jej komórek. Ponadto z symulacji wynika, że jeżeli częstotliwość promieniowania mikrofalowego jest zwiększona do 30 GH/, to średnica podgrzanej kuli redukuje się do l mm. Zmiany rakowe w tkance ludzkiej są często diagnozowane wtedy, gdy mają one właśnie średnice około l mm. Wyniki przedstawione w tym artykule mają charakter wstępny (rozpoznawczy) i zostały otrzymane w projekcie wykonanym przez studentów kończących magisterskie studia inżynierskie.

Słowa kluczowe

EN

microwave hyperthermia; interstitial applicator; small tumor destruction; X-band; K-band

PL

hipertermia mikrofalowa; wewnątrztkankowy aplikator; niewielkie zmiany rakowe; pasmo X; pasmo K

• Wydawca: Wydawnictwa Uczelniane Politechniki Bydgoskiej im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Telekomunikacja i Elektronika / Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy
• Rocznik: 2008
• Tom: z. 11
• Strony: 53--63
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz.

Twórcy

autor

Granatstein V. L.

autor

Rodgers J. C.

autor

Yeshitla B.

autor

Surapaneni S.

• Electrical and Computer Engineering Department Institute for Research in Electronics and Applied Physics University of Maryland College Park, MD 20742-3511, USA,

Bibliografia

• [1] Converse M., Bond E.J., Van Veen B.D., Hagness S.C., "A Computational Study of Ultra-Wideband Versus Narrowband Microwave Hyperthermia for Breast Cancer Treatment", IEEE Trans. Microwave Theory and Technique 54, pp. 2169-2180, 2006.
• [2] Coughlin C.T., "Prospects for Interstitial Hyperthermia" in Hyperthermia and Oncology, vol. 3 (eds. M. Urano and E. Doyle, VSP, Utecht The Netherlands), pp. 1-10, 1991.
• [3] Robinson D.S., Parel J.-M., Denham D.B., Gonzalez-Cirre X., Manns F., Milne P.J., Schachner R.D., Herron A.J., Comander J., Hauptmann G., " Interstitial Laser Hyperthermia Model Development for Minimally Invasive Therapy of Breast Carcinoma", Journal of the American College of Surgeons 186, pp. 284-292, 1998.
• [4] Trembly B.S., "The Effects of Driving Frequency and Antenna Length on Power-Deposition within a Microwave Antenna Array Used for Hyperthermia", IEEE Trans. Biomecl. Eng. 32, pp. 152-157, 1985.
• [5] Jerby E., Dikhtyar V., Aktushev O., Grosglick U., "The Microwave Drill", Science 298, 587-589, 2002.
• [6] Dikhtyar V., Jerby E., "Fireball Ejection from a Molten Hot Spot to Air by Localized Microwaves", Physical Review Letters 96, article i.d. 045002, 5 pages, 2006.
• [7] Balzano Q., Foster K.R., Sheppard A.R., "Field and Temperature Gradients from Short Conductors in a Dissipative Medium", Int. J. Antennas and Propagation, article i.d. 57670, 8 pages, 2007.
• [8] Barrett Alan H., Meyers Philip C., "Subcutaneous Temperatures: a Method of Noninvasive Sensing", Science 190, pp. 669-671, 1975.
• [9] Data from the website of the Italian National Research Council, Institute for Applied Physics "Nello Carrara" - Florence (http://niremf.ifac.cnr.it/cgibin/tissprop/htmlclie/uniquery).
• [10] HFSS is a product of Ansoft Corporation (http://'vvww.ansoft.com/'prodvicts/hf/hfts/).
• [11] Miura N., Yagihara S., Mashimo S., "Microwave Dielectric Properties of Solid and Liquid Foods Investigated by Time-domain Reflectometry", .J. Food Engineering and Physical Properties 68, pp. 1396-1402, 2003.
• [12] Complete specifications of the mini co-axial cable available on the website http://www.ezform.com/Products34.htm.
• [13] Birnboim A., Gershon D.. Calame J., Birman A., Carmel Y., Rodgers J., Levush B., Bykov Yu., Eremeev A.G.. Dadon D., Martin L.P., Rozen M., Hutcheon R. "Comparative Study of Microwave Sintering of Zinc Oxide at 2.45, 30, and 83 GHz", J. Am. Ceram. Soc. 81, pp. 1493-501, 1998.
• [14] Birnboim, Y. Carmel "Simulation of Microwave Sintering of Ceramic Bodies with Complex Geometry", J. Am. Ceram. Soc. 82, pp. 3024-30, 1999.
• [15] Birnboim A., private discussions.