В.А. Елкин1, В.В. Комаров2, В.П. Мещанов3

1,3 НПП «НИКА-СВЧ» (г. Саратов, Россия)

2 Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. (г. Саратов, Россия)

Постановка проблемы. Локальный высокотемпературный нагрев поврежденных биологических тканей в организме человека интенсивным электромагнитным излучением широко применяется в медицинских технологиях. В частности, для терапии злокачественных опухолей глубокого залегания используются интерстициальные аппликаторы на базе тонких коаксиальных излучателей, помещаемых в центр опухоли. При этом происходит нагрев всей биоткани вблизи такого аппликатора. Однако в ряде случаев необходим нагрев только ограниченных участков биотканей малого объема, находящихся вблизи здоровых органов. Для этих целей необходимы специальные излучатели направленного действия, отличные от общепринятых аналогичных устройств.

Цель. Изучить факторы, оказывающие влияние на формирование теплового поля в зоне излучения коаксиального микроволнового аппликатора направленного действия для терапии раковых опухолей.

Результаты. Разработана трехмерная численная модель на основе метода конечных элементов коаксиально-щелевого
аппликатора для направленного воздействия интенсивным микроволновым излучением на поврежденные биоткани. В ходе решения связанной задачи электродинамики и теплопроводности получены диаграмма направленности и распределение температуры в ближней зоне такого излучателя.

Практическая значимость. Результаты численного моделирования позволяют оценить в первом приближении возможность реализации специализированного микроволнового аппликатора для узконаправленного воздействия электромагнитной энергией на локальные участки биотканей.

Елкин В.А., Комаров В.В., Мещанов В.П. Распределение теплового поля в ближней зоне коаксиально-щелевого направленного излучателя для микроволновой термодеструкции новообразований // Успехи современной радиоэлектроники. 2022. T. 76. № 6. С. 26–32. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202206-03

1. Moskvicheva L.I., Sidorov D.V., Lozhkin M.V. et al. Modern methods of ablation of liver tumors // Research'n Practical Medicine Journal. 2018. Т. 5. № 4. С. 58–71.
2. Зайганов В.Е. Сверхвысокочастотная термоабляция в хирургии метастазов колоректального рака // Анналы хирургической гепатологии. 2012. Т. 17. № 3. С. 28–34.
3. Макаров В.Н., Ющенко Г.В. Сравнительный анализ микроволнового и радиочастотного нагрева при тепловой абляции опухолей // Биомедицинская радиоэлектроника. 2009. № 2. С. 3–10.
4. Kikuchi S., Saito K., Takahashi M., Ito K. Control of heating pattern for interstitial microwave hyperthermia by a coaxial-dipole antenna - aiming at treatment of brain tumor // Electronics and Communications in Japan. 2007. V. 90. № 12. P. 31–38.
5. Longo I., Gentili G.B., Cerretelli M., Tosoratti N. A coaxial antenna with miniaturized choke for minimally invasive interstitial heating // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2003. V. 50. № 1. P. 82–88.
6. Комаров В.В., Новрузов И.И. Анализ электромагнитных и тепловых полей интерстициального микроволнового аппликатора // Биомедицинская радиоэлектроника. 2011. № 4. С. 57–62.
7. Keangin P., Rattanadecho P., Wessapan T. An analysis of heat transfer in liver tissue during microwave ablation using single and double slot antenna // International Communications in Heat and Mass Transfer. 2011. V. 38. P. 757–766.
8. Kim D., Kim K., Oh J. et al. A K-band planar active integrated bi-directional switching heat applicator with uniform heating profile // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2009. V. 57. № 10. P. 2581–2587.
9. Pfannenstiel A., Iannuccilli J., Cornelis F.H. et al. Shaping the future of microwave tumor ablation: a new direction in precision and control of device performance // International Journal of Hyperthermia. 2022. V. 39. № 1. P. 664–674.
10. Баскаков С.И. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Книжный дом Либроком. 2012.
11. Volakis J.L., Chatterjee A., Kempel L.C. Finite element method for electromagnetics. New York: IEEE Press. 1998.
12. Metaxas A.C., Meredith R.J. Industrial microwave heating. London: Peter Peregrinus Ltd. 1983.
13. Komarov V.V. Handbook of dielectric and thermal properties of materials at microwave frequencies. London: Artech House. 2012.
14. Теплотехника / Под ред. В.Н. Луканина. М.: Высшая школа. 2002.