Исследование, проведенное учеными из университета штата Висконсин-Мэдисон, позволило найти оптимальные антенны для воздействия электромагнитного излучения на онкологические опухоли.
Энергия микроволн хорошо известна своими нагревательными эффектами на определенных частотах/длинах волн.
Одним из ключевых критериев использования микроволновой абляции (МВА) по медицинским показаниям, а именно для нагрева и уничтожения онкологических опухолей у пациентов, является поиск оптимальной антенны для каждого случая.
При неправильном расположении антенн и коаксиальных линий питания здоровые ткани могут нагреваться (и перегреваться) вместе с раковыми тканями, вызывая нежелательное повреждение этих тканей. Чтобы усложнить ситуацию, при использовании минимально инвазивных интерстициальных антенн для передачи микроволновой энергии на онкологические опухоли, входное сопротивление антенны зависит от глубины введения.
Среди антенн, предназначенных для обработки MWA, трехосная антенна использует иглы для биопсии в плавающей гильзе над внешним проводником. При заданной глубине установки положение иглы регулируется для создания оптимального сопротивления для антенны.
Другая конструкция, безбалунная антенна, работает на второй резонансной частоте монополя для достижения заданной удельной скорости поглощения (SAR) и зоны абляции для приложенной микроволновой энергии без использования коаксиального симметрирующего устройства. Еще одна конфигурация антенны, дроссельная антенна, использует короткозамкнутые четвертьволновые гильзы как часть процесса MWA.
В интересах поиска оптимальной конфигурации антенны для проведения процедуры MWA на людях исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон провели эксперименты с различными антеннами на бычьей печени для изучения зон абляции, полученных с каждой из них.
Печень крупного рогатого скота подвергалась воздействию микроволнового излучения мощностью 40 Вт в течение в общей сложности 5 минут на каждую антенну. Тестовые сигналы были получены путем увеличения мощности коммерческого генератора микроволновых сигналов через полупроводниковый усилитель мощности, а затем подавались на каждую антенну.
После каждой пятиминутной подачи микроволновой энергии на частоте 1,9 ГГц печень крупного рогатого скота обрезалась вдоль траектории вставки антенны и измерялась зона абляции каждой антенны.
Зона абляции каждой антенны была эллипсоидальной по форме.
Посредством визуального осмотра и тщательных измерений было установлено соотношение сторон каждой зоны абляции для определения наиболее сферических зон абляции для трех антенн, поскольку многие опухоли имеют сферическую форму.
Эксперименты показали, что дроссельная дипольная антенна и монопольная антенна безбулонной базовой подачи образуют наиболее сферические зоны абляции из трех типов антенн MWA, при этом трехосная антенна обеспечивает наименее сферические зоны абляции.
Триаксиальная и дроссельная антенны в настоящее время используются в одобренных коммерческих MWA-системах.
Электромагнитное (ЭМ) компьютерное программное моделирование показало, что каждая из антенн может обеспечить хорошее соответствие сопротивления с печенью крупного рогатого скота на требуемой рабочей частоте.
Тем не менее, антенны без дросселей и балунов обеспечивали наиболее компактные и локализованные схемы поглощения энергии, с гораздо меньшим дополнительным нагревом окружающих тканей по сравнению с трехосной антенной.
