同軸オープンチップアンテナによるマイクロ波アブレーションの熱解析

序章

いびきは、重大な呼吸障害を引き起こす閉塞性睡眠時無呼吸症候群 (OSA) によって引き起こされる睡眠障害症候群の 1 つです。このタイプの無呼吸は、睡眠中に喉の筋肉が断続的に弛緩して気道を塞ぐときに発生します [1]。多くの種類の OSA 治療が利用可能です。軟口蓋無線周波数ベースの手術を含む、低侵襲性いびき治療法について言及します。このような安全な技術は、術後の痛みが最小限であり、合併症が少なく、回復時間が短いため、注目を集めています。

温熱療法に基づく RF マイクロ波アブレーションは、短い治療期間内の大きな軟部組織に対する魅力的なソリューションです。電磁オープンチップ アプリケーターから急速な熱生成を生成し、引き締められてサイズが縮小される即時の組織凝固および壊死を誘発するのに十分です。 .この引き締めと軽減により、患者が寝ている間に舌が気道を塞ぐのを直接防ぐことができます。図 1 は、マイクロ波アプリケーターを軟部組織領域に挿入して、事前設定された治療時間と電力でマイクロ波を放出する様子を示しています。

このプロセスは、マイクロ波エネルギーの吸収力、時間、および温度分布に依存しています。シミュレーション ソルバーを使用したこれらの要因の推定は、マイクロ波アブレーション システムの設計において有望な方法のようです。この検討では、軟口蓋組織 CAD モデル内に導入されたオープンチップ アンテナ アプリケータによって、このプロセスの FEM シミュレーションが提示されます。

シミュレーションの設定

導入されたアプリケーター デザインは、人間の口腔の解剖学と上部軟口蓋組織の湾曲した領域を考慮するために曲げ先端端を提供する同軸アンテナ タイプです。図 2 はモデル化されたアンテナ設計を示し、寸法は表 1 に示されています。

部品	寸法 (mm)
内部導体の直径	0.912
外部導体の直径	2.985
誘電体の直径	3.581
アンテナの長さ	45
開いた先端の長さ	15
曲げ角度（度）	75°

HFWorks のアンテナ ソルバーが使用され、動作周波数 2.45 GHz のサーマル ケースに結合されます。使用した材料の特性を表 2 にまとめます。

材料	比誘電率	誘電正接	電気伝導率 (S/m)	熱伝導率 (W/m.K)
銅	1	0	5.96E+7	401
軟口蓋組織	53.573	0	0.0125	0.5
固体 PTFE	2.03	0	0	0.4

電磁境界条件

熱境界条件

メッシュ

HFWorks では、メッシュ調節とは、モデル内のさまざまな領域でさまざまな要素サイズを指定することを指します。領域内の要素サイズを小さくすると、その領域での結果の精度が向上します。面、コンポーネント、およびエッジでメッシュ調節を指定できます。
この場合、メッシュモデルの次の図に示すように、アンテナ本体に細かいメッシュ制御が適用されました。

結果

HFWorks には統合された熱ソルバーが付属しており、さまざまな電力励起負荷下での導体損失と誘電損失による、検討対象の高周波設計の熱的側面を予測できます。検討されたマイクロ波アブレーションプロセスの場合、励起パワーが軟口蓋組織の加熱に使用されました。シミュレーションは、周波数 2.45GH で次の結果を明らかにしました。

アンテナスタディに連成された定常状態の熱解析により、次の温度結果が得られます。温度が最も高い領域は、先端開放アンテナ部分の周囲に沿って集中しており、最大値は 54°C です。得られた温度分布から、検討組織の凝固帯を推定することができます。

図 8 は、アンテナ アプリケータの内部導体に沿った最大分布の熱流束密度を示しています。

結論

魅力的なモダリティとしてのマイクロ波アブレーション、高周波アブレーションなどのRFベースの熱療法の使用の増加により、さまざまな生体組織の腫瘍を破壊するのに特に適しています。調査されたプロセスでは、湾曲した 2.45 GHz マイクロ波アプリケーターはいびき治療のための軟口蓋組織に沿った効果的なエネルギー蓄積について調査されています。より高い温度分布にさらされた凝固組織領域を分析するために、熱分析が実行されます。

参考文献

[1]。 http://smileworksmeridian.com/treats/sleep-apnea/
[2]。 Jakawanchaisri, Wirote, et al. "FEM Analysis of Microwave Ablation for Snoring Therapy by Using Real Image." Proc ICBET 2012 (2012).