В.А. Ёлкин1, А.И. Тома2, В.В. Комаров3, В.П. Мещанов4

1,4 ООО НПП «НИКА-СВЧ» (г. Саратов, Россия)
2ФГБУ «Объединенная больница с поликлиникой» Управления делами Президента Российской Федерации (Москва, Россия)
3 Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. Гагарина (г. Саратов, Россия)
1 jva8989@mail.ru, 2 al_toma@mail.ru, 3 vyacheslav.komarov@gmail.com, 4 nika373@bk.ru

Постановка проблемы. Методы лечения онкологических заболеваний с помощью электромагнитных волн микроволнового диапазона давно и успешно применяются в клинической практике. Результатам научных исследований и лечения этими методами посвящено достаточно много публикаций, в том числе обзорных статей и монографий. При этом в последние годы наметились определенные тенденции дальнейшего развития этого направления биомедицинской радиоэлектроники. Необходимость систематизации различных данных в этой области обусловливает актуальность настоящего обзора.

Цель работы – анализ тенденций развития технологий лечения и деструкции патологических новообразований с помощью СВЧ- и КВЧ-излучений.

Результаты. Рассмотрены базовые тенденции развития малоинвазивных и неинвазивных технологий терапии новообразований СВЧ- и КВЧ-излучениями. Анализ этих тенденций проводился по таким направлениям, как используемые частотные диапазоны, электронно-компонентная база, функциональные возможности устройств микроволновой хирургии и терапии, комбинирование разных подходов и т.д. Даны рекомендации по практическому использованию различных технологий.

Практическая значимость. Проведенный обзор позволяет понять пути развития такого важного направления биомедицинской радиоэлектроники, как микроволновые технологии лечения раковых опухолей глубокого залегания. Представленные данные могут быть использованы при планировании научных исследований в данной области как для создателей радиоэлектронной аппаратуры, так и для специалистов в области медицинских технологий.

Ёлкин В.А., Тома А.И., Комаров В.В., Мещанов В.П. Направления развития технологий и устройств микроволновой терапии новообразований глубокого залегания // Биомедицинская радиоэлектроника. 2023. T. 26. № 6. С. 67−75. DOI: https:// doi.org/10.18127/ j15604136-202306-09

1. Terahertz biomedical science and technology / Ed. by J.-H. Son. New York: CRC Press. 2014. 377 p.
2. Principles and technologies for electromagnetic energy based therapies / Ed. by P. Prakash and G. Srimathveeravalli. New York: Elsevier. 2021. 422 p.
3. Habash R.W.Y. Bioeffects and therapeutic application of electromagnetic energy. New York: CRC Press. 2011. 369 p.
4. Красюк В.Н. Теория и техника применения СВЧ электромагнитных волн в медицине. СПб.: ГУАП. 2014. 308 с.
5. Neelakanta P.S., Sharma B. Conceiving THz-endometrial ablation: feasibility, requirements and technical challenges. IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. 2013. V. 3. № 4. P. 402–408. DOI. 10.1109/TTHZ.2013.2255049
6. Москвичева Л.И., Сидоров Д.В., Ложкин М.В., Петров Л.О., Забелин М.В. Современные методы абляции злокачественных новообразований печени // Исследования и практика в медицине. 2018. Т. 5. № 4. С. 58–71. DOI: 10.17709/2409-2231-2018-5-4-6
7. Microwave ablation treatment of solid tumors / Ed. by P. Liang, X.-L.Yu, J. Yu. Berlin: Springer. 2015. 344 p.
8. Microwave ablation of bone tumors / Ed. by Q. Fan. Berlin: Springer. 2022. 318 p.
9. Макаров В.Н., Ющенко Г.В. Сравнительный анализ микроволнового и радиочастотного нагрева при тепловой абляции опухолей // Биомедицинская радиоэлектроника. 2009. № 2. С. 3–10.
10. Metaxas A.C., Meredith R.J. Industrial microwave heating. London: Peter Peregrinus Ltd, 1983. 356 p.
11. Dodd G.D., Dodd N.A., Lanctot A.C., Glueck D.A. Effect of variation of portal venous blood flow on radiofrequency and microwave ablation in a blood-perfused bovine liver model. Radiology. 2013. V. 267. № 1. P. 129–136. DOI: 10.1148/radiol.12120486
12. Shi W., Liang P., Zhu Q., Yu X., Shao Q., Lu T., Wang Y., Dong B. Microwave ablation: results with double 915 MHz antenna in ex vivo bovine livers. European Journal of Radiology. 2011. V. 79. № 2. P. 214–217. DOI: 10.1016/j.ejrad.2010.03.015
13. Cavagnaro M., Amabile C., Bernardi P., Pisa S. A minimally invasive antenna for microwave ablation therapies: design, performances, and experimental assessment. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2011. V. 58. № 4. P. 949–959. DOI: 10.1109/TBME.2010.2099657
14. Imajo K., Ogawa Y., Yoneda M., Saito S., Nakajima A. A review of conventional and newer generation microwave ablation systems for hepatocellular carcinoma. Journal of Medical Ultrasonics. 2020. V. 47. P. 265–277. DOI:10.1007/s10396-019-00997-5
15. Reimann C.H., Bazrafshan B., Schubler M., Schmidt S., Schuster C., Hubner F., Vogl T.J., Jakoby R. A dual-mode coaxial slot applicator for microwave ablation treatment. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2019. V. 67. № 3. P. 1255–1264. DOI:10.1109/TMTT.2018.2880440
16. Komarov V.V. Numerical study and optimization of interstitial antennas for microwave ablation therapy // The European Physical Journal. Applied Physics. 2014. V. 68. № 1. 10901 (8 pages). DOI: 10.1051/epjap/2014140175
17. Kim D., Kim K., Oh J., Cho J., Cheon C., Kwon Y. 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. DOI: 10.1109/TMTT.2009.2029748
18. 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. DOI: 10.1080/02656736.2021.1991012
19. Ёлкин В.Е, Комаров В.В., Мещанов В.П. Распределение теплового поля в ближней зоне коаксиально-щелевого направленного излучателя для микроволновой термодеструкции новообразований // Успехи современной радиоэлектроники. 2022. Т. 76. № 6. С. 26–32. DOI: 10.18127/j20700784-202206-03
20. Макаров В.Н., Боос Н.А. Тенденции развития установок для радиочастотной абляции // Биомедицинская радиоэлектроника. 2021. № 6. С. 58–68. DOI: 10.18127/j15604136-202106-06
21. Gentili G.B., Ignesti C., Tesi V. Development of a novel switched-mode 2.45 GHz microwave multiapplicator ablation system. International Journal of Microwave Science and Technology. 2014. V. 2014. P. 973736. DOI: 10.1155//2014/973736
22. Макаров В.Н., Боос Н.А. Сравнение характеристик различных систем радиочастотного нагрева // Биомедицинская радиоэлектроника. 2022. № 6. С. 46–51. DOI: 10.18127/j15604136-202206-05
23. Karanasiou I.S., Karathenasis K.T., Garetsos A., Uzunoglu K. Development and laboratory testing of a noninvasive focused hyperthermia system. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2008. V. 56. № 9. P. 2160–2171. DOI: 10.1109/TMTT.2008.2002227
24. Altintas G., Akduman I., Janjic A., Yilmaz T. A novel approach on microwave hyperthermia. Diagnostics. 2021. № 11. P. 493. DOI: 10.3390/diagnostics11030493
25. Lim S., Yoon Y.J. Phase compensation technique for effective heat focusing in microwave hyperthermia systems. Applied Science. 2021. № 11. P. 5972. DOI: 10.3390/app11135972
26. Ёлкин В.А., Тома А.И., Комаров В.В., Мещанов В.П., Алтухов П.Л. Лечебно-диагностическая технология и устройство для восстановления поврежденных участков спинного мозга // Биомедицинская радиоэлектроника. 2023. Т. 26. № 1. С. 45–53. DOI: 10.18127/j15604136-202301-05
27. Ritz R., Heckl S., Safavi-Abbasi S., et al. Predictive factors for beneficial application of high-frequency electromagnetics for tumor vaporization and coagulation in neurosurgery. World Journal of Surgical Oncology. 2008. V. 6. P. 45–49. DOI:10.1186/1477-7819-6-45
28. Севастьянова Л.А., Потапов С.Л., Адаменко В.Г. Комбинированное воздействие рентгеновского и сверхвысокочастотного излучения на костный мозг // Научные доклады высшей школы. Сер. Биологические науки. 1969. Т. 66. № 6. С. 46–48.
29. Logani М. К., Szabo I., Makar V., et al. Effect of millimeter wave irradiation on tumor metastasis. Bioelectromagnetics. 2006. V. 27. № 4. P. 258–264. DOI: 10.1002/bem.20208
30. Теппоне М, Авакян Р. Стандартное описание методик КВЧ-терапии // Миллиметровые волны в биологии и медицине. 2003. № 2(30). С. 50–59.
31. Peyser A., Applbaum Y., Khoury A. et al. Osteoid Osteoma: CT-guided radiofrequency ablation using a water-cooled probe. Annals of Surgical Oncology. 2007. V. 14. P. 591–596. DOI: 10.1245/s10434-006-9293-4