Thermal Radiation Pattern Modulation via Low-Temperature Cooling during Microwave Ablation of Bone Tumors

Abstract

INTRODUCCIÓN

ThermoBone-INR es un sistema de ablación térmica por microondas (MWA), que consiste principalmente en un conjunto de antenas microcoaxiales diseñadas para tratar tumores óseos. Su objetivo es inducir temperaturas entre 55°C-100°C en el tumor y generar necrosis coagulativa. El sistema se ha evaluado en phantoms, tejido ex vivo e in vivo de cerdo, demostrando la capacidad de producir ablación en una región con diámetro de 2.5 cm. Las antenas generan una distribución de temperatura focalizada sobre su punta distal; sin embargo, puntos calientes (T~55°C) en zonas no deseadas (interfaz tumor-músculo) son posibles. Para evitar esto, se propuso y evaluó un sistema de enfriamiento (CS) que hace circular agua bidestilada a temperatura ambiente (T_amb = 25°C), logrando temperaturas de aproximadamente 43°C en la interfaz hueso-músculo. Sin embargo, aún es necesario evaluar el impacto de incluir un medio a baja temperatura en el CS.

OBJETIVO

Evaluar el efecto sobre la distribución de temperatura, generada por una antena, de incorporar un CS con agua bidestilada recirculante a baja temperatura (15°C). La hipótesis es que, de esta manera, se minimizarían los puntos calientes no deseados, y se modularía la distribución de temperatura.

METODOLOGÍA

El montaje experimental consistió en un generador de microondas ISYS245 (2.45 GHz) para alimentar una antena de doble ranura (DS) con 10 W por 10 min. El CS consta de una boquilla sobre la cual se inserta la antena, mangueras de entrada/salida conectadas a una bomba peristáltica que hace recircular el agua bidestilada almacenada en un contenedor. Se utilizaron phantoms multicapa (músculo y tumor (Ø =3 cm)) de 5 cm x 5 cm x 5 cm. Los escenarios evaluados fueron: 1) sin CS, 2) con CS a 26°C y 3) con CS a 15°C. Se utilizó una cámara termográfica para obtener las distribuciones de temperatura y calcular el área del phantom que alcanza ablación; además, se incluyeron sensores para registrar las temperaturas, y se analizó la pérdida de potencia.

RESULTADOS

Los escenarios evaluados mostraron que el CS y la temperatura del medio circulante modifican el patrón de radiación térmica. Las áreas totales de phantom a temperaturas de ablación (>55°C) fueron 1.19 cm², 2.38 cm² y 4.24 cm² , sin utilizar CS, con CS a 26°C y a 15°C, respectivamente. Las temperaturas máximas en el tumor fueron de 84.23°C, 86.09°C y 88.26°C; mientras, las temperaturas registradas en la interfaz tumor-músculo fueron 45.29°C, 42.39°C y 33.81°C, para los mismos casos. Además, la pérdida de potencia fue de 1.71±0.75, 1.75±0.5 y 1.55±0.72 para las pruebas sin CS, con CS a 26°C y a 15°C, respectivamente.

CONCLUSIONES

El patrón de radiación térmica generado por el sistema de MWA puede ser modulado con un CS. La zona de ablación fue 2 y 3.56 veces más grande con el CS a 26°C y 15°C, respectivamente. Además, en la interfaz tumor-músculo, no se rebasaron los 40°C, indicando la reducción de puntos calientes no deseados y un mejor acoplamiento del sistema al incluir el CS a baja temperatura. Sin embargo, un estudio más completo es necesario.