Thermal Risk Reduction in Microwave Ablation of Bone Tumors Through the Use of a Cooled Linear Antenna Array: Evaluation in Multilayer Phantoms and Ex Vivo Bone Tissue

Abstract

Introducción
ThermoBone-INR es un sistema de ablación térmica por microondas (MWA) diseñado para tratar tumores óseos. Su objetivo es inducir temperaturas entre 55 °C y 100 °C en el tumor y generar necrosis coagulativa. Aunque se ha demostrado su capacidad de generar ablación en regiones de hasta 3 cm, su uso se limita a tumores pequeños. Para incrementar la cobertura tumoral, se propusieron arreglos lineales de antenas microcoaxiales. Sin embargo, la posibilidad de generar puntos calientes (T>55 °C) en zonas no deseadas (tejido sano) también aumenta. Para mitigar este riesgo y garantizar la seguridad del paciente y del procedimiento, se ha propuesto y evaluado un sistema de enfriamiento (CS) integrado a un arreglo lineal de antenas.
Objetivo
Evaluar el efecto del CS integrado al arreglo lineal de antenas para MWA sobre la distribución térmica. La hipótesis es que se minimizarán los puntos calientes no deseados, lo que disminuirá el daño térmico al tejido sano y garantizará la seguridad del paciente.
Metodología
El CS opera mediante un circuito cerrado de recirculación de agua impulsada por una bomba peristáltica para enfriar las antenas durante la ablación. En la evaluación experimental preliminar se utilizaron dos antenas monopolo (MTM) alimentadas por un generador de microondas a 2.45 GHz (30 W por 10 min). La evaluación se realizó en phantoms cúbicos (8 cm) multicapa de músculo, hueso y tumor (Ø = 3 cm) y en tejido óseo ex vivo de cerdo. Se evaluaron dos escenarios, con y sin CS: 1) Phantom con distancia entre antenas (ad) de 10 mm y 2) tejido ex vivo con ad de 15 mm. Se utilizó una cámara termográfica para obtener las distribuciones térmicas y calcular el área y el porcentaje de tejido dañado.
Resultado
El arreglo lineal con CS mejoró la focalización de la zona de ablación sobre el tumor. Sin CS se logró una cobertura tumoral a temperaturas de ablación (T≥55°C) de 87.15%, mientras que con el CS se cubrió el 93.97%. Además, se redujo el porcentaje de tejido tumoral que no alcanzó la ablación, pasando de 12.85 % a 6.03 % sin CS y con CS, respectivamente. El porcentaje de tejido sano expuesto a ablación pasó de 34.08% (sin CS) a 12.51% (con CS). El CS redujo el calentamiento fuera del tumor; el área del phantom que superó los 55 °C pasó de 15.15 cm² a 8.94 cm². En tejido ex vivo sin CS se observaron 3.38 cm² de tejido en ablación y 6.33 cm² superaron los 42 °C (inicio del daño térmico). Al incorporar el CS, se observó una cobertura de T≥55 °C = 4.02 cm² y T≥42 °C = 3.98 cm².
Conclusiones
El CS incrementó la cobertura tumoral y redujo la exposición térmica del tejido sano. Esto demuestra la viabilidad del CS integrado a un arreglo lineal de antenas para el tratamiento de tumores óseos de mayor volumen, mejorando la seguridad y eficacia del procedimiento mediante una mayor cobertura tumoral y una menor exposición térmica del tejido sano circundante.