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.
A case of hypothermia in turkey-poult embryos in the hatcher is described. Zoohygienic measurements have shown a variability in the basic microclimatic parameters, mainly of temperature, air movement and cooling power. The fact of overheating the embryos during hatching resulted in decreased indices of hatching as well as injury to circulatory and excretory systems of dead embryos. The number of the dead-in-shell embryos also increased in pipped eggs. Hypothermia had no significant effect on the increase in the number of turkey-poults with an unhealed navel.
Purpose: The main purpose of this publication is to bring closer co-precipitation method of magnetic particles synthesis. Procedure of examining and characterisation of those materials was also shown. Design/methodology/approach: During the work, the properties and possible biomedical application of the material produced were also examined. Surface morphology studies of the obtained particles were made using Zeiss's Supra 35 scanning electron microscope and S/TEM TITAN 80-300 transmission electron microscope. In order to confirm the chemical composition of observed layers, qualitative tests were performed by means of spectroscopy of scattered X-ray energy using the Energy Dispersive Spectrometer (EDS). The Raman spectra of the samples were measured with a InVia Raman microscope by Renishaw. Magnetic properties of hematite nanoparticles were made using VSM magnetometer. Findings: Using VSM magnetometer proved that obtained material is mixture of ferromagnetic and superparamagnetic domain. Practical implications: Magnetic Nanoparticles (MNPs) has been gaining an incrementally increasing interest of scientists in the biomedical areas. Presented materials can be used in the hyperthermia phenomena which can be used in precise cancer treatment. Originality/value: Specific magnetic properties which determinate obtained material to be well for hyperthermia phenomena.
A simplified 2-D model which is an example of regional RF hyperthermia is presented. Human body is inside the 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. Exciting current density in human body has been calculated using the finite element method, and then bioheat equation in timedepended nonstationary case has been resolved. At the and obtained results are presented.
PL
W niniejszej pracy przedstawiono uproszczony model dwuwymiarowy stanowiący prosty przykład zastosowania regionalnej hipertermii o częstotliwości radiowej, w której ciało człowieka znajduje się wewnątrz przewód 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.
Endometrial cancer became recently the most frequently diagnosed female genital malignancy in highly developed countries. In 2003 in Poland, 3953 new cases were diagnosed (standardized coefficient: 13.00) and 783 women died thereof (standardized coefficient: 2.2). In the treatment of malignant tumors, heat has been used since Antiquity. Beneficial effect of hyperthermia relies on direct cytotoxic effect, manifesting after elevation of tissue temperature to 41-43°C. Studies performed hitherto combined hyperthermia with standard therapeutic modalities – radiotherapy and chemotherapy. The aim of this paper was to assess the effectiveness of treatment, based on determination of degree of destruction of tumor cells as assessed by histological studies, evaluation of toxicity of the treatment, assessment of quality of life one year after completion of treatment protocol and determination of 3-years’ survival rate. To date, the study encompassed 18 patients with the diagnosis of clinical stage I endometrial cancer, based on histological study of scrapings from uterine cavity and cervical canal. In 14 patients, study of material obtained at fractionated curettage of cervical canal and uterine cavity revealed endometrial cancer of the endometrioid type, in 1 – papillary type and in 3 – no histological tumor type could be determined. Surgery was performed 15-85 days (mean: 34.88 days) after completion of brachytherapy combined with hyperthermia. Based on histological study of surgical specimens, in 6 out of 18 patients (33.3%) no tumor tissue could be detected. In 2 cases (11.1%) after surgery a FIGO stage IIIC cancer was diagnosed in view of presence of metastases to inguinal lymph nodes. These patients were referred for adjuvant teleradiotherapy. In the remaining 10 cases (55.5%), FIGO stage I endometrial cancer was diagnosed. Based on the results obtained, the following conclusions were reached: 1) No complications directly associated with neoadjuvant brachytherapy with hyperthermia were noticed in any of our patients. 2) Alterations detected at surgery, purportedly associated with the treatment performed, did not compromise course or scope of surgery. 3) In 1/3 of our patients, examination of surgical specimens failed to reveal malignant tissue.
PL
W ostatnich latach w krajach o wysokim poziomie rozwoju cywilizacyjnego rak trzonu macicy stał się najczęściej rozpoznawanym nowotworem narządów płciowych kobiety. W Polsce w 2003 roku odnotowano 3953 zachorowania na ten nowotwór (współczynnik standaryzowany – 13,00) oraz 783 zgony (współczynnik standaryzowany – 2,2). W terapii nowotworów złośliwych ciepło wykorzystuje się od dawna. Podstawą działania hipertermii jest bezpośredni efekt cytotoksyczny, ujawniający się przy podwyższeniu temperatury do 41-43°C. W przeprowadzanych dotąd badaniach hipertermię łączono ze standardowo stosowanymi metodami leczenia – radioterapią i chemioterapią. Celem pracy była ocena efektywności leczenia, dokonana na podstawie określenia stopnia uszkodzenia nowotworu w oparciu o badanie histologiczne, ocena toksyczności leczenia, ocena jakości życia po roku od zakończenia leczenia oraz ocena 3-letniego przeżycia. Dotychczas do badania włączono 18 chorych, u których rozpoznano raka trzonu macicy w I stopniu klinicznego zaawansowania na podstawie badania histologicznego wyskrobin z jamy macicy i kanału szyjki. U 14 badanych kobiet w materiale uzyskanym po frakcjonowanym wyłyżeczkowaniu kanału szyjki i jamy macicy rozpoznano raka endometrium o typie endometrioidalnym, u jednej typ brodawkowaty, zaś u 3 chorych nie określono postaci histologicznej nowotworu. Zabieg operacyjny wykonywano w odstępie od 15 do 85 dni (średnio 34,88 dnia) od zakończenia brachyterapii skojarzonej z hipertermią. Na podstawie przeprowadzonego badania histologicznego materiału pooperacyjnego u 6 z 18 pacjentek (33,3%) nie stwierdzono utkania nowotworu. W 2 przypadkach (11,1%) pooperacyjnie rozpoznano IIIC stopień klinicznego zaawansowania według FIGO, gdyż wykryto przerzuty raka do węzłów chłonnych biodrowych. Pacjentki te zostały zakwalifikowane do uzupełniającej teleradioterapii. U pozostałych 10 kobiet (55,5%) rozpoznano I stopień zaawansowania według klasyfikacji chirurgiczno-patologicznej FIGO. Na podstawie przeprowadzonych badań wysunięto następujące wstępne wnioski: 1) Bezpośrednio po przedoperacyjnej brachyterapii z hipertermią nie odnotowano u pacjentek powikłań. 2) Śródoperacyjnie obserwowane zmiany, związane z przebytym leczeniem, nie miały wpływu na przebieg zabiegu operacyjnego i jego zakres. 3) U 33,3% chorych w materiale pooperacyjnym nie stwierdzono rozrostu złośliwego.
Nanoscale magnetic materials may have several potential applications in the biomedical area. An example thereof are superparamagnetic iron oxide nanoparticles, which, due to large own surface and ability to interact with various tissues, are used to detect and analyze biological molecules, in targeted drug delivery, for contrast enhancement in magnetic resonance imaging studies and, last but not least, in therapeutic hyperthermia. When used for medical purposes, magnetic nanoparticles often require coating with a biocompatible polymer, preventing its detection by the immune system, encapsulation by plasma proteins and excretion, while at the same time facilitating binding with organic complexes, which subsequently may accumulate in definite pathological foci. Widespread use of magnetic nanoparticles is associated with heat generation. When placed within neoplastic tissue and exposed to alternating external magnetic field, magnetic nanoparticles generate a local heating effect. Local elevation of tissue temperature has a potent cytostatic effect mediated by denaturation of proteins and destruction of intracellular structures, leading to reduction of tumor mass. Temperature obtained within the tumor depends on properties of magnetic nanoparticles used and parameters of external magnetic field applied, i.e. amplitude and frequency of field oscillations. This physical phenomenon results in direct destruction of tumor cells. Furthermore, local elevation of body temperature contributes to enhanced effectiveness of chemo- and radiotherapy. The paper is a review of current applications of superparamagnetic metal nanoparticles in oncology.
PL
Nanomateriały magnetyczne mogą znaleźć szerokie zastosowanie zarówno w naukach biologicznych, jak i medycznych. Przykładem takich materiałów są superparamagnetyczne nanocząstki żelaza, które z uwagi na dużą powierzchnię właściwą i możliwość oddziaływania z różnymi tkankami są stosowane między innymi w detekcji i analizie biocząsteczek, docelowym transporcie leków, poprawie kontrastu przy badaniach metodą rezonansu magnetycznego i hipertermii. Do zastosowań medycznych nanocząstki magnetyczne wymagają często pokrycia biokompatybilnym polimerem, który z jednej strony ekranuje cząstkę przed układem immunologicznym, uniemożliwiając otoczenie jej białkami plazmy i usunięcie z organizmu, z drugiej zaś ułatwia wiązanie innych kompleksów organicznych, które mogą być transportowane do określonych obszarów patologicznych. Szerokie zastosowanie medyczne magnetycznych nanocząstek jest związane z efektem generowania ciepła. Jeżeli nanocząstki magnetyczne zostaną umiejscowione w zmienionym nowotworowo obszarze ciała, to w obecności zmiennego zewnętrznego pola magnetycznego można uzyskać efekt cieplny. Uśmiercając komórki nowotworowe i niszcząc białka oraz struktury wewnątrzkomórkowe wygenerowaną w tych miejscach wysoką temperaturą, możemy powodować zmniejszenie się guza. Wysokość uzyskanego przez nas poziomu temperatury w guzie nowotworowym zależy od właściwości użytych magnetycznych nanocząstek oraz od parametrów przyłożonego zmiennego pola magnetycznego (amplituda, częstotliwość). To zjawisko fizyczne wykorzystuje się do bezpośredniego niszczenia komórek nowotworowych. Dodatkowo wzrost temperatury obszaru ciała chorego zwiększa efektywność zastosowanej chemio- lub radioterapii. W pracy zaprezentowano przegląd zastosowania superparamagnetycznych cząsteczek metali w terapii nowotworowej.
Hyperthermia has become a useful form of cancer therapy. In this paper some numerical results based on a two-dimensional homogeneous model of human body are presented. First distribution of the electromagnetic field components are calculated and next bioheat equation is solved. At the end temperature distribution in the body from different model parameters are calculated.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Artykuł dotyczy problematyki związanej z nanotermią oraz wybranymi zastosowaniami pól elektromagnetycznych w medycynie. Od wielu lat w naukach medycznych stosowane są metody magnetoterapii oraz magnetostymulacji. W ciągu ostatnich kilkunastu lat nastąpił znaczny rozwój nanotechnologii. Połączenie medycyny, nanotechnologii oraz elektrotermii widoczne jest szczególnie w procesie hipertermii z użyciem magnetycznych nanocząstek. Nowa dziedzina jaką jest nanotermia wiąże się z zastosowaniem nanocząstek w celu nagrzewania bądź przegrzewania, jak ma to miejsce w hipertermii, ściśle określonych i ograniczonych objętości (np.: tkanek nowotworowych).
EN
This article relates to nanothermy problems and selected applications of electromagnetic field in medicine. Magnetoteraphy and magnetostimulation methods are used in medical science from many years. Nanotechnology has evolved much in recent years. The hyperthermia with using of magnetic nanoparticles arised due to connection of medicine, nanotechnology and electrical heating engineering. Nanothermy, the new branch of knowledge, is connected with application of nanoparticles to heating or overheating, like in the hyperthermia, tightly limited and specified volumes (like tumors).
Magnetic nanoparticles hyperthermia is a new and promising cancer treatment method. Injection strategies are one of the determining factors in the success of the treatment. This study is a numerical investigation into the injection methods of MNPs hyperthermia. In order to have a realistic tumor morphology and vascularity, a model of Lower Limb tumor was constructed from the CT images. The finite element method was used to solve the problem. This study includes fluid flow in capillaries and inside the porous tissue of the tumor, mass transfer from the capillaries into the tumor tissue, inside the tumor tissue, and from the tumor tissue into the capillaries, and finally heat transfer across the tumor. Finally, tissue damage was calculated in order to evaluate the performance of each method. Results of intravenous injection with single point intratumoral injections were compared here. The results of this study show that intravenous injection yields more homogenous MNPs concentration and temperature distribution, while MNPs concentration and temperature increase in direct injection was limited in a small area around the injection point. Results of the current research suggest that damage to tissue from the hyperthermia with intravenous injection is much more significant compared to direct injection.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
ncy FDTD Algorithm and its Application to Inductive Hyperthermia Abstract. The paper attempts to show the application of low frequency FDTD algorithm to the investigation of ACD and SAR distribution in female breast phantom and their dependence on frequency. Special attention has been given to the values of ACD and SAR in the skin layer because both of them play an important role in hyperthermia treatment when skin overheating occurs.
PL
W artykule przedstawiono zastosowanie algorytmu niskoczęstotliwościowego FDTD do analizy gęstości prądów wirowych i SAR w modelu gruczołu piersiowego. Szczególną uwagę położono na wartość wspomnianych wielkości w warstwie skóry ze względu na efekt jej przegrzania, jaki ma miejsce podczas leczenia hipertermicznego.
The article concerns the research on the properties of core-shell superparamagnetic nanoparticles in the context of their use in medicine for diagnostics and therapy. The article presents a system for impedance (AC) spectroscopy of nanoparticles with a new arrangement of receive coils. A significant modification was the position of the reference coil in relation to the receive coils as well as the method of winding and routing the wires on the carcass. The 3D printing technique was used in the production of the measuring coil system. The aim of the work was to experimentally verify the developed measurement system and analyze its properties. The system tests were carried out at low frequencies ranging from 2 to 50 kHz. Complex magnetic susceptibility was measured for superparamagnetic iron oxide nanoparticles in polymer shells in a physiological saline solution. The obtained results confirmed the relevance of the concept of the measurements. In summary, the observed properties of the realized system are discussed and further directions of its development are proposed.
PL
Artykuł dotyczy badań właściwości nanocząstek superparamagnetycznych typu rdzeń-powłoka w kontekście wykorzystania ich w medycynie do diagnostyki jak i terapii. W artykule przedstawiono układ do spektroskopii impedancyjnej (AC) nanocząstek z nowym układem cewek odbiorczych. Istotną modyfikacją była pozycja cewki referencyjnej względem cewek odbiorczych jak również sposób nawijania i prowadzenia przewodów na karkasie. W realizacji układu cewek pomiarowych wykorzystana została technika druku 3D. Celem pracy była eksperymentalna weryfikacja opracowanego układu pomiarowego i analiza jego własności. Testy układu zostały przeprowadzone dla niskich częstotliwości w zakresie od 2 do 50 kHz. Pomiary zespolonej podatności magnetycznej dokonano dla nanocząstek superparamagnetycznych tlenku żelaza w otoczkach polimerowych w roztworze soli fizjologicznej. Uzyskane wyniki potwierdziły poprawność koncepcji realizacji pomiarów. W podsumowaniu omówiono zaobserwowane własności zrealizowanego układu i zaproponowano dalsze kierunki jego rozwoju.
19
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In this publication a numerical model and simulation results of electric field, induced current density and temperature distributions inside human thigh heated by external RF hyperthermia are presented. For simplicity, the heat transfer problem is treated in two-dimensions with semiinfinite tissue model. The bioheat equation under a transient-time condition is solved to determine the temperature distributions inside the tumor and surrounding tissues. The heat removal due to the blood circulation is also taken into account in the presented model.
PL
W niniejszym artykule przedstawiono model numeryczny i wyniki symulacji pola elektrycznego, gęstości prądu indukowanego i rozkładów temperatury wewnątrz ludzkiego uda grzanego przy użyciu zewnętrznej RF hipertermii. Dla uproszczenia problem wymiany ciepła jest rozpatrywany w dwóch wymiarach dla pół-nieskończonego modelu tkanek. W celu określenia rozkładu temperatury wewnątrz guza i w otaczających go tkankach rozwiązano biologiczne równanie ciepła w przypadku zmiennym w czasie. W rozważanym modelu uwzględ niono również odprowadzanie ciepła wynikające z krążenia krwi.