Zastosowanie promieniowania elektromagnetycznego w leczeniu hipertermią na przykładzie prostego modelu obliczeniowego

• Autorzy: Gas P.

Warianty tytułu

EN

Application of the electromagnetic radiation in the hypertermia therapy for a simple computational model

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Hipertermia jest jedną z metod leczenia nowotworów, w której patologiczne tkanki rakowe poddawane są działaniu wysokiej temperatury. Badania kliniczne wykazały, że grzanie tkanki nowotworowej do temperatury 40 - 44°C może prowadzić do uszkodzenia lub całkowitego zniszczenia komórek rakowych, jednocześnie minimalnie wpływając na zdrowe tkanki otaczające guza. W niniejszej pracy przedstawiono uproszczony model dwuwymiarowy stanowiący prosty przykład zastosowania lokalno-regionalnej hipertermii o częstotliwości radiowej, w której ciało człowieka otoczono przewodem kołowym z wymuszającym prądem, a energia elektromagnetyczna zostaje skupiona w środku guza. Analizowany model stanowi zatem sprzężenie pola elektromagnetycznego i pola temperatury. Posługując się metodą elementów skończonych na wstępie wyznaczono gęstość prądu indukowanego w ciele człowieka, a następnie rozwiązano biologiczne równanie ciepła w przypadku niestacjonarnym zależnym od czasu. Na końcu zestawiono uzyskane wyniki.

EN

Hyperthermia is one way to treat malignant tumors in which cancerous pathological tissues are exposed to high temperature. Clinical studies have shown that heating the tumor to temperatures 40 - 44°C can lead to damage or completely destruction of cancers cells simultaneously minimally affecting normal tissues surrounding the tumor. In this paper a simplified 2-D model which is an example of local-regional RF hyperthermia is presented. Human body is surrounded by a circular wire with exciting current and the electromagnetic energy is concentrated within the tumor. The analyzed model is therefore a coupling of the electromagnetic field and the temperature field. Using the finite element method exciting current density in human body has been calculated, and then bioheat equation in time-depended nonstationary case has been resolved. At the and obtained results are presented.

Słowa kluczowe

PL

hipertermia; biologiczne równanie ciepła; MES (metoda elementów skończonych)

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Elektrotechniki
• Czasopismo: Prace Instytutu Elektrotechniki
• Rocznik: 2011
• Tom: Z. 249
• Strony: 57--68
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gas P.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Katedra Elektrotechniki i Elektroenergetyki,

Bibliografia

• 1. Chou C.K.: Therapeutic heating applications of radio frequency energy, Biological and Medical Aspects, Barnes, F.S., Greenebaum, B. (Ed.), Taylor&Francis, Boca Raton, FL, Chapter 12, 2006.
• 2. Dębicki P.: Hipertermia mikrofalowa w leczeniu gruczołu krokowego. Problemy fizyczne i techniczne, Politechnika Gdańska, Gdańsk 1999.
• 3. Esho Taskgroup Comettee, Treatment planning and modeling in hyperthermia, a task group report of the European Society of Hyperthermic Oncology, Rome, 1992.
• 4. Gordon R.G., Roemer R.B., Horvath S.M.: A mathematical model of the human temperature regulatory system—transient cold exposure response, IEEE Trans. Biomed. Eng., 23, 434, 1976.
• 5. Hiraoka M., Mitsumori M., Hiroi N., Ohno S., Tanaka Y., Kotsuka Y., Sugimachi K:. Development of RF and microwave heating equipment and clinical applications to cancer treatment, Japan, IEEE Trans. Microwave Theory Technol., 48, 1789, 2000.
• 6. Kurgan E., Gas P.: Distribution of the Temperature in Human Body in RF Hyperthermia, Przegląd Elektrotechniczny, nr 12, str. 96 – 99, 2009.
• 7. Kurgan E., Gas P.: Estimation of Temperature Distribution Inside Tissues in External RF Hyperthermia, Przegląd Elektrotechniczny, nr 01, 100 – 102, 2010.
• 8. Kuwano, H., Sumiyoshi, K., Watanabe, M., Sadanaga, N., Nozoe, T., Yasuda, M., and Sugimachi, K., Preoperative hyperthermia combined with chemotherapy and irradiation for the treatment of patients with esophageal carcinoma, Tumorigenesis, 81, 18, 1995.
• 9. Lin J.C.: Hyperthermia therapy; Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering, vol. 9, Webster, J.G. (Ed.), Wiley, New York, 450 – 460, 1999.
• 10. McPhee S.J.: Current Medical Diagnosis and Treatment 2009, McGraw-Hill, 2008.
• 11. Nakajima T., Roberts D.W., Ryan T.P., Hoopes P.J., Coughlin C.T., Trembly B.S., Strohbehn J.W.: Pattern of response to interstitial hyperthermia and brachytherapy for malignant intracranial tumour: a CT analysis, Int. J. Hyperthermia, 9, 491, 1993.
• 12. Overgaard J., Gonzalez D.G., Hulshof M., Arcangeli G., Dahl O., Mella O., Bentzen S.M.: Randomised trial of hyperthermia as adjuvant to radiotherapy for recurrent or metastatic malignant melanoma, Lancet, 345, 540, 1995.
• 13. Pennes H.H.: Analysis of tissue and arterial blood temperatures in resting forearm, J. Appl. Physiol., 1, 93, 1948.
• 14. Pisa S., Cavagnaro M., Piuzzi E., Bernardi P., Lin J.C.: Power density and temperature distributions produced by interstitial arrays of sleeved-slot antennas for hyperthermic cancer therapy, IEEE Trans. Microwave Theory Technol., 5, 2418, 2003.
• 15. Sneed P.K., Stauffer P.R., McDermott M.W., Diederich C.J., Lamborn K.R., Prados M.D., Chang S., Weaver K.A., Spry L., Malec M.K., Lamb S.A., Voss B., Davis R.L., Wara W.M., Larson D.A., Phillips T.L., Gutin P.H: Survival benefit of hyperthermia in a prospective randomized trial of brachytherapy boost p hyperthermia for glioblastoma multiforme, Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys., 40, 287, 1998.
• 16. Spiegel R.J.: A review of numerical models for predicting the energy deposition and resultant thermal responses of humans exposed to electromagnetic fields, IEEE Trans. Microwave Theory Technol., 32, 730, 1984.
• 17. Stauffer P.R., Rossetto F., Prakash M., Neuman D.G., Lee T.: Phantom and animal tissues for modelling the electrical properties of human liver, Int. J. Hyperthermia 19(1), 89 – 101, 2003.
• 18. Stolwijk J. A. J., Hardy J.D.: Control of body temperature; Handbook of Physiology-Reaction to Environmental Agents, Lee D.H.K. (Ed.), Am. Physiol. Soc. Bethesda, MD, 45, 1977.
• 19. Van der Zee J.: Heating the patient: A promising approach?, Annals of Oncology, 13, 1173– 1184, 2002.