А.М. ФАДЕЕВ Научные руководители – В.Н. БЕЛЯЕВ, д.ф-м.н., профессор

А.М. ФАДЕЕВ
Научные руководители – В.Н. БЕЛЯЕВ, д.ф-м.н., профессор
– С.М. ПОЛОЗОВ, к.ф.-м.н., доцент
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ТЕМПЕРАТУРНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ В СЕЧЕНИИ
ОБЛУЧАЕМОГО ТЕЛА ПРИ ВЧ ГИПЕРТРЕМИИ
Для гипертермии онкологических заболеваний ведется разработка
фазированного массива излучателей [1]. В данной статье представлены результаты
моделирования температурного распределения при облучении тела фазированным
массивом дипольных излучателей.
В МИФИ на кафедре «Электрофизические установки» ведется
разработка установки для гипертермии глубоко расположенных
злокачественных новообразований. Гипертермия – это дополнительный к
традиционным (лучевая терапия, химиотерапия) метод лечения
злокачественных новообразований, при котором опухоль нагревается до
температур
42-44°С.
При
проведении
сеансов
гипертермии
первоочередной задачей является контроль температуры опухоли и
нормальных тканей. Это возможно сделать еще на стадии планирования
процедуры. Уравнение теплопереноса Пеннеса учитывает абсорбционные
свойства
ткани,
ее
теплопроводность,
плотность,
уровень
метаболического нагревания ткани, степень васкулярной перфузии и
соответствующие ей энергопотери. Также в этой модели можно учесть
внешний
источник
тепла.
В
данном
случае
поглощение
электромагнитного излучения учитывается в уравнении теплопереноса
Пеннеса следующим образом:
C∙ρ ∂T/∂t=∇k∇T+ρ∙SAR+A-B∙(T-Tb)
(1)
где ρ – плотность ткани (кг/м3), C – теплоемкость ткани (Дж/кг/К), k –
теплопроводность ткани (Вт/м/К), SAR – удельный коэффициент
поглощения (Вт/кг), A – интенсивность метаболизма (Вт/м3), B=CbWb –
член, связанный с перфузией крови, Wb - коэффициент перфузии
(Вт/К/м3).
В данной работе представлены результаты, полученные при
моделировании процесса облучения модели конечности фазированным
массивом дипольных излучателей. На Рисунке 1 а) представлено
распределение удельного коэффициента поглощения (SAR) с указанием
значений фаз на каждом из излучателей. Температурное распределение
после 1600 с облучения показано на рисунке 1 б). Максимальная
мощность питания каждого диполя равна 35 Вт. Также температура воды
принята постоянной – 20 °C, т.е. осуществляется охлаждение тела
проточной водой.
Рис. 1. а) Распределение удельного коэффициента поглощения; б)
температурное распределение в сечении облучаемого тела.
Изменения температуры опухоли и нормальных тканей со временем
показаны на Рисунке 2 а) и Рисунке 2 б). Кривые на графиках
соответствуют температурам в опухоли и в точках, обозначенных на Рис.
1 б).
Рис. 2. Изменение температуры опухоли и нормальных тканей в
зависимости от времени при режиме а) без охлаждения, б) с охлаждением.
42-44°C - наиболее используемый температурный диапазон при
гипертермии. Поэтому, достигнув температуры опухоли 42,8°C за 600 с
при среднеквадратичном значении мощности на диполях 35 Вт, мощность
была понижена до 16 Вт. Температура здоровых тканей в наиболее
«горячих» точках достигает 41,1°C (при режиме без охлаждения) и 40,5°C
(при режиме с охлаждением). Конечная температура опухоли составила
43,5°C.
1.
Список литературы
S.M. Polozov, A.M. Fadeev, V.N. Belyaev, E.A. Perelstein. Cylindrical Phased Dipoles
Array for Hyperthermia of Deep-Situated Tumors // Proc. of RUPAC2012, p. 521-523.