Biomedic. inženýrství Hypertermie Petr Michalec

Historie a vývoj První informace o reakci nádorů na zvýšenou teplotu v Egyptě (3000 př.n.l.) a Indii (2000 př.n.l.) 1866 – W. Busch – první regrese nádoru 1912 – Muller – nádory citlivé na zvýšenou tep. 1935 – Warren – účinky uměle vyvolaného tepla na beznadějné onkologické případy (32 pacientů) Výrazný rozvoj v 70.letech 20.století, také díky pokroku v oblasti techniky, zejména elektroniky

Historie a vývoj Intenzivní rozvoj v 90.letech 20.století, kdy byly značně prohloubeny znalosti v oblasti biologických účinků EM energie 1975 – 1980 – vliv přehřátí na metabolismus nádorů

Interakce elmag. pole a tkáně Základní princip Nádorové buňky jsou termosenzitivnější než zdravá tkáň Ohřev nádorové tkáně nad teplotu vyšší než 42°C Zdravá tkáň odolává teplotě do 45°C Destruktivní účinky zvýšené teploty na buňky kombinace s radioterapií a chemoterapií Aplikace 1x týdně Interakce elmag. pole a tkáně Maxwellova rovnice:

Návrhové frekvence aplikátorů a druh léčby Použití Recidiva nádoru ( po vyčerpání možnosti radioterapie) Nádory nad průměr 2 cm Radioresistentní nádory Předoperační zmenšení nádoru Dětská onkologie Návrhové frekvence aplikátorů a druh léčby

Základní princip

Klasifikace termoterapie Podle rozsahu ohřevu a s tím související teplotou ohřevu biologické tkáně, dělíme termoterapii: Lokální (42 až 45 °C) Regionální (42 až 43 °C) Celotělová (40 až 42 °C)

Vedlejší účinky Termoterapie Slabost Bolest Zvracení Závratě Snížení počtu krvinek Popáleniny,puchýře Zhoršení ostatních nemocí Neplodnost Nežádoucí zvýšené vstřebávání léků

Termoterapeutická souprava reálná souprava blokové schéma zapojení soustavy

Termoterapeutická souprava 1 2 Postup aplikace hypertermie: PACIENT JE RáNO OZářEN A ZA 1-3 HODINY PO OZářENí JE APLIKOVáNA HYPERTERMie. pACIENT JE ULOžEN NA LůžKO NA HYPERTERMII, ,ZVOLí SE PODLE PODMíNEK ZPůSOB TERMOMETRIE, INVASIVNí, POVRCHOVý NEBO KOMBINOVANý, v PřIPADě INVASIVNíHO SE PO LOKáLNíM ZNECITLIVěNí ZAVEDE PACIENTOVY DO OBLASTI NáDORU KATER-TENKý TEFLONOVý, DO KTERéHO SE PO FIXACI ZAVEDE TeRMOMETRICKá SONDA. míSTO APLIKACE SE ZAKRYJE tenkou vrstvou mulu a přiloží se vodní bolus, který složí k udržování porchově teploty a ev ochhlazovánípovrchu.Teplota vysoká jako v nádoru nad.45 C se užívá u nádorů povrchově uložených  Plánování hypertermie,zajištění personálu,organisace potřebný personál: inženýr:Ing Oppl ,- kalibrace termometreického systému, příprava přístroje a aplikátoru sestra:příprava strailního materiálu, ošetření pacienta zajištění informování personálu,včetně informace ohledně doby ozáření pacienta.int 1-3hod po RT. plán hypertermie: tabulka:datum,hodina RT HT,zajištění personalu,informovat,/tel čísla/. 3

Závislost teploty na době ohřevu tkáně Teplotní závislost Závislost teploty na době ohřevu tkáně

SAR (Specific Absorption Rate) Udává míru expozice biologické tkáně elektromagnetickým polem. Definována jako výkon absorbovaný v 1kg tkáně. Obtížně se měří, proto většinou měříme rozložení teploty nebo elektrické intenzity ( W – absorbovaná elektromagnetická energie, t – čas, m – množství hmoty, P – výkon elektromagnetické vlny šířící se tkání, V – objem tkáně, Ro – hustota tkáně) Vztahy platné při zanedbání teplotní vodivosti

Soustava pro 3D měření rozložení SAR

Aplikátory Výhody: - nejmenší ztráty přenášené energie - přenos největšího výkonu - široké přenášené pásmo - zcela potlačené vyzařování elmag.energie Požadavky na aplikátor : - dobrá distribuce energie - impedančí přizpůsobení (vodní bolus) - potlačení povrchových a rozptýlených vln - minimální interference s termometrickými prvky

Druhy aplikátorů vlnovodné aplikátory aplikátory tvořené úsekem vedení kapacitní aplikátory induktivní aplikátory Dále typy dle použití: intrakavitární koaxiální aplikátory lokální aplikátory regionální aplikátory

Vlnovodný aplikátor - specifikace Pro lokální léčbu teploty 42 – 45°C, pracovní frekvence 434 MHz průměr 15 cm hloubka vniku 3 cm Typy tvarů aplikátorů

Vlnovodný aplikátor - technické provedení

Vlnovodný aplikátor - distribuce SAR v tkáni

Vlnovodný aplikátor - distribuce SAR snímaný termokamerou TermokameraFLIR P25 Vstupní výkon aplikátoru byl 150 W po dobu 2 minut.

Mikropáskový aplikátor

Mikropáskový aplikátor Rozložení SAR v dvou různých hloubkách tkáně Pohled v rovině XZ na hloubku vniku.

Intrakavitální koaxiální aplikátor Vhodné pro střední a vyšší kmitočty (od 434 MHz)

Skupiny aplikátorů Regionální léčba kolem 42°C delší doba ohřevu složitější výpočty

Skupiny aplikátorů Celotělová léčba do 40°C rakovina s metastázami nejnáročnější z hlediska přípravy, průběhu a vyhodnocení výzkum možného použití pro léčbu AIDS Vlhká atmosféra zabraňující pocení a ztrátě energie Potřebnou teplotu dosáhneme během 60-90min. - Nevhodné pro lidi s kovovými implantáty nebo kardiostimulátory

Klinické výsledky Úplná odezva (CR) 33 pacientů 52,4 % Výsledky radiotermoterapie dosažené hypertermickou skupinou Ústavu radiační onkologie v Praze v letech 1985 – 1990. Úplná odezva (CR) 33 pacientů 52,4 % Částečná odezva (PR) 20 pacientů 31,7 % Bez odezvy (NR) 10 pacientů 15,9 %

Klinické výsledky Srovnání klinických výsledků léčby nádorového onemocnění radioterapií a radiotermoterapií u skupiny radiorezistentních typů nádorů. Studie Počet pacientů Úspěšná léčba Radioterapie Radiotermoterapie Arcangeli 163 38 % 74 % Overgaard 62 34 % 67 % Kim 159 33 % 80 % Kochegarov 161 16 % 63 % Lindholm 72 29 % 39 % Li 124 54 % Severson 75 23 % 61 %

Příklad léčby pacienta Další snímky nejsou určeny pro slabé povahy!!!

Příklad léčby pacienta Karcinom příušní žlázy s metastázami do krčních uzlin vlevo Pac ročník 1925, Dg 11/94- rychle rostoucí reistencer v oblasti pravé příušní zlázy-… Stav před zahájením léčby

Příklad léčby pacienta Stav na konci léčby

Příklad léčby pacienta Stav 2 měsíce po skončení léčby

Příklad léčby pacienta

Příklad léčby pacienta Pacientka ročník 1927 Tumorosní infiltrace v oblasti pravého ramene asi 10 let Od začátku r 1997 exulcerace Cytologie: tumor z kožních adnex leden 1997 Stav před zahájením léčby

Příklad léčby pacienta Léčba: paliativní radiace na oblast exulcer. Infiltrátu. Kobalt 60 1 pole Ekv. Dávka 40 Gy 6x4 Gy za 7 dní Hypertermie 2x 42 C 45 min. Za 15 dní Efekt: regrese o 80%, granulující spodina, drobná zbytková lentikula, pac propuštěna domů. Stav na konci léčby

Příklad léčby pacienta 11.9.1997 persistoval drobný tumor v průměru 1 cm, chirurgicky odstraněn. Histologie: hydradenokarcinom. Poslední kontrola 18.5. 2000, pacientka subj bez větších obtíží, telangiektasie v oblasti po radiaci a HT. Stav 2 měsíce po skončení léčby

Literatura Vrba, J. : Lékařské aplikace mikrovlnné techniky. Vydavatelství ČVUT, Praha 2003. Vrba, J. : Úvod do mikrovlnné techniky. Vydavatelství ČVUT, Praha 2003. Dřížďal, T. : Návod na návrh vlnovodného aplikátoru pro lokální termoterapii v CST MW Studiu. Semestrální práce, Praha 2005. Vrba, J.; Lapeš, M. (1995): Mikrovlnné aplikátory pro lékařské účely. Vydavatelství ČVUT, Praha. http://www.rfprop.com/For_students/mit/mit.htm http://www.pamf.org/radonc/ http://www.bsdmc.com/index.html http://hyperthermia.mc.duke.edu/index.htm