انکولوژی Hyperthermic: Hyperthermia برای درمان سرطان

دمای بالا را می توان برای از بین بردن سلول های تومور، یک درمان سرطان که به آنکولوژی هیپرترمیک معروف است، استفاده کرد . اگرچه ایده پشت این روش درمانی برای مدتی مطرح بوده است، اما تا همین اواخر بود که ابزارهای جدید و ارسال دقیق تر گرما اجازه استفاده از هایپرترمی را برای درمان سرطان داده بود. همانطور که مطالعات انکولوژی هیپرترمیک ادامه دارد، شبیه سازی ابزار ارزشمندی برای دستیابی به درک عمیق تر از نحوه انتقال گرما به تومورها در حالی که آسیب به بافت سالم را محدود می کند، ثابت شده است.

چگونه از هایپرترمی برای درمان سرطان استفاده می شود؟

دو روش مختلف وجود دارد که در آنها می توان از هایپرترمی برای درمان سرطان استفاده کرد. اولین مورد، هایپرترمی موضعی یا فرسایش حرارتی نامیده می شود و برای درمان ناحیه کوچکی از سلول ها مانند تومور استفاده می شود. این درمان زمانی موفقیت آمیزتر است که برای درمان تومورهایی که روی یا نزدیک سطح پوست قرار دارند، استفاده شود. در این تیمارها، منطقه به طور کلی تا دمای بین 40 تا 45 درجه سانتی گراد (104 تا 113 درجه فارنهایت) گرم می شود. نوع دوم هیپرترمی ناحیه ای نامیده می شود و از حرارت کم برای بالا بردن دمای ناحیه ای از بدن مانند اندام یا اندام استفاده می کند. به طور کلی، دما به اندازه کافی گرم نیست که بافت ها را از بین ببرد، اما در عوض با شیمی درمانی یا پرتو درمانی ترکیب می شود تا این درمان ها موثرتر شود.

در حال حاضر، درمان‌های انکولوژی هیپرترمیک هنوز تحت آزمایش‌های تجربی گسترده هستند. این روش تنها در چند مرکز درمانی در سراسر جهان ارائه می شود. از آنجایی که اندازه گیری دمای داخل تومور دشوار است، اطمینان از اینکه ناحیه تحت درمان در محدوده دمایی دقیق مورد نیاز در یک دوره زمانی دقیق و بدون تأثیر بر بافت های اطراف نگه داشته می شود، دشوار است. اینجاست که شبیه سازی ابزار قدرتمندی است. می توان از آن برای مطالعه پاسخ انواع بافت های مختلف به هایپرترمی، تعیین دمای به دست آمده در تومور و کمک به تصمیم گیری در مورد طراحی و قرار دادن بهینه سنسورهای دما استفاده کرد.

استفاده از شبیه سازی برای بهبود درمان

بیایید نگاهی به مدلی از روش درمان هیپترمی موضعی بیندازیم که از انعقاد مایکروویو برای گرم کردن تومور با قرار دادن یک آنتن در آن استفاده می‌کند. این روش بیشتر برای درمان کارسینوم کبدی (تومورهای کوچک کبد) استفاده می شود. امواج مایکروویو تومور را گرم می کند و یک ناحیه منعقد شده ایجاد می کند که در آن سلول های سرطانی از بین می روند.

مثال مدل توزیع دما، تابش و نرخ جذب ویژه (SAR) در بافت کبد را در نظر می گیرد. هندسه مدل، که بر اساس مقاله توسط سایتو و همکاران ساخته شده است. ، در زیر نشان داده شده است. این مدل از بافت کبد، آنتنی که از آن انعقاد مایکروویو تحویل داده می‌شود، و یک شکاف حلقه‌ای شکل تشکیل شده است که برای افزایش اندازه ناحیه منعقد شده در بافت کبد کار می‌کند.

هندسه آنتن برای درمان انعقاد مایکروویو. یک کابل کواکسیال با شکاف حلقه ای شکل بر روی هادی بیرونی در نوک آن اتصال کوتاه دارد. یک کاتتر پلاستیکی اطراف آنتن را احاطه کرده است.

از آنجایی که مدل دارای تقارن چرخشی است، دامنه محاسباتی را می توان به صورت دو بعدی با استفاده از مختصات استوانه ای نشان داد. به دلیل صرفه‌جویی در زمان محاسباتی با مدل‌سازی دو بعدی، می‌توان یک مش ریز انتخاب کرد که نتایج بسیار دقیقی را ارائه می‌دهد. در مدل، قسمت های فلزی آنتن و اسلات به صورت مرزی مدل سازی شده است. انتقال حرارت در حوزه کبد مدل سازی شده است و در جایی که دامنه به پایان می رسد از عایق استفاده می شود. علاوه بر تجزیه و تحلیل انتقال حرارت، شبیه‌سازی همچنین ایده‌ای در مورد درجه آسیب بافتی در طول عمل، همانطور که توسط معادله آرنیوس محاسبه می‌شود، به دست می‌دهد. این مدل فرض می کند که خون در دمای 37 درجه سانتی گراد وارد کبد می شود.

شکل زیر نتایج توزیع دما در بافت کبد را برای توان ورودی مایکروویو 10 وات پس از 10 دقیقه نشان می دهد. دما در نزدیکی آنتن بالاترین درجه است و با فاصله کاهش می یابد و در نزدیکی مناطق بیرونی دامنه به 37 درجه سانتیگراد می رسد (تصویر بالا). به نظر می رسد که دمای نسبتاً خنک خون ناحیه بافتی را که گرم می شود محدود می کند. تصویر پایین کسری از بافت نکروزه را نشان می دهد.

درجه حرارت در بافت کبد
کسری از بافت نکروزه پس از استفاده از هیپرترمی برای درمان سرطان
دما در بافت کبد (بالا) و کسری از بافت نکروزه (پایین).

این مدل همچنین می تواند مقدار SAR را در کبد محاسبه کند، جایی که نمودار زیر آن را در امتداد خطی موازی با آنتن و در فاصله 2.5 میلی متری از محور آنتن محاسبه می کند.

مقدار SAR در طول درمان انکولوژی هیپرترمیک
مقدار SAR بر حسب وات بر کیلوگرم در امتداد خطی موازی با آنتن و در فاصله 2.5 میلی متری از محور آنتن. نوک آنتن 70 میلی متر و شکاف آن 65 میلی متر است.

آینده درمان های سرطان هیپرترمیک

آزمایشات بالینی نشان داده است که درمان هایپرترمی به طور قابل توجهی اثربخشی رادیوتراپی و شیمی درمانی را افزایش می دهد. با این حال، دو عارضه اصلی وجود دارد که درمان هیپوترمی را به یک چالش تبدیل می کند: توانایی دقیقتعیین دمای داخل تومور، و توانایی اطمینان از دستیابی به دمای یکنواخت در ناحیه مورد نظر. با این حال، پیشرفت‌ها در ابزارهای انتقال حرارت و پایش دما، برای آینده درمان‌های هایپرترمی امیدوارکننده است. پیشرفت در تکنیک های محاسباتی نیز در توسعه آن نقش داشته است. علاوه بر ارائه اطلاعات دقیق‌تر در مورد نحوه طراحی، بهینه‌سازی و اجرای درمان‌های هایپرترمی، از شبیه‌سازی برای توسعه درمان‌ها و برنامه‌ریزی شخصی‌شده هایپرترمی نیز استفاده می‌شود. مطالعات کنونی برای درک بهتر، بهبود و شخصی‌سازی انکولوژی هیپرترمیک بر شبیه‌سازی تکیه می‌کنند.