Medtronic HF-Ablationsanalyse – Fallstudie

Projektdetails

Kunde: Medtronic

Anwendung: Schmerztherapie

Technologie: HF-Ablationssimulationsanalyse

Industrie: Medizinisches Gerät

Standort: Milpitas

Herausforderung

Eine der häufigsten Ursachen für starke Schmerzen von Krebspatienten sind Metastasen. Wenn der Krebs Metastasen gebildet hat, haben Patienten oft chronische Schmerzen oder andere hiermit verbundene Probleme. Obwohl Bestrahlung und Chemotherapie die standardmäßige Behandlung für Krebspatienten sind, erhalten 25 % dieser Patienten keine Schmerzlinderung. Dieses Projekt war ein Forschungs- und Entwicklungsprojekt von Medtronic, Inc. Es bestehen aktuell mehrere Behandlungsoptionen für schmerzhafte metastatische Erkrankungen. Die natürlichste Behandlungsoption ist hierbei die Hochfrequenzablation (HF-Ablation). Einer der Nachteile der HF-Ablation ist die Tatsache, dass sie auf Wärmeübertragung von der Ablationssonde in das sie umgebende Gewebe angewiesen ist. Der Patient muss folglich ein langes Verfahren über sich ergehen lassen. Interventionelle Radiologen wünschen sich ein kürzeres Verfahren mit schnelleren Aufheizgeschwindigkeiten und höheren Temperaturen unter Beibehaltung des Sicherheitsprofils der HF-Ablation (sphärische, kontrollierte Wärmezone rund um den Applikatoranschluss).

Die Herausforderung bestand darin, HF-Wellen mit einer höheren Frequenz zu benutzen, um fokussierte Energie am effizientesten in den Tumor zu leiten und so den Verlust an der Schnittstelle von Gerät und Gewebe und an der Übertragungsleitung zu minimieren.

Lösung

Der angewendete Ansatz umfasste die Nutzung einer Multiphysik-Simulation für die Entwicklung des neuen HF-Ablationsgeräts. Wenn eine elektromagnetische Welle mit einer hohen Frequenz durch biologisches Gewebe fährt, wird das Gewebe auf Temperaturen von über 40 °C erhitzt, was zum Zelltod führt. (Der Aufheizungsmechanismus kann entweder ionisch – indirekt – bei tiefen Frequenzen oder direkt bei hohen Frequenzen sein.) Es wurde für mehrere Applikatordesigns eine gekoppelte elektromagnetische Wärmetransportanalyse durchgeführt, um den gelieferten Energiebetrag in einem bestimmten Gewebe mit einem bestimmten Impedanzbereich zu maximieren.

Das System ist temperaturgesteuert und benutzt Sonden mit interner Wasserkühlung, um die Überhitzung des umliegendes Gewebes während des Verfahrens zu verhindern. Das Projekt konzentrierte sich auf die Optimierung der Applikatorgeometrie und des Upstream-HF-Systems, um die Überhitzung des Gewebes zu minimieren, das direkten Kontakt mit dem Applikator hatte. Gleichzeitig mussten der Energielieferungs-Algorithmus und die internen Kühlungsparameter optimiert werden, um den Effekt der ionischen Aufheizung auf die Läsionsgröße zu maximieren.

Die Anwendung einer CMS-Methode ermöglichte es den Forschungs- und Entwicklungsingenieuren, eine Fülle an Designs in einer relativ kurzen Zeitspanne und zu reduzierten Kosten zu erkunden. Prototypen waren bereits vom Kunden montiert worden und befinden sich im Bewertungs-/Durchführbarkeitsstadium. Das Projekt wird wahrscheinlich mit der Auswahl mehrerer Kandidaten fortgesetzt, die anschließend optimiert werden (mindestens 1 oder 2 Kandidaten). Das vielversprechendste Design wird dem Kunden zur Anerkennung des Designkontrollprozesses vorgelegt.

Aavid, Thermal Division der Boyd Corporation, half bei der Simulation und Optimierung des HF-Ablationssondendesigns und führte gekoppelte elektromagnetische und computergestützte Strömungsdynamikanalysen durch, um die experimentellen Ergebnisse von Gewebe-Mimik-Material zu validieren. .

Diese Forschung ist ein aufregender Schritt in Richtung einer Verbesserung der Schmerztherapiemethoden für Krebspatienten und Aavid ist stolz darauf, ein Teil davon zu sein.

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