A Novel Multiphysics Optimization-Driven Methodology for the Design of Microwave Ablation Antennas

Sharma, Shashwat; Sarris, Costas D.

doi:10.1109/jmmct.2017.2647818

Cited by 14 publications

(5 citation statements)

References 19 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…ffiffiffiffi ffi e R p 11 2 (11) Here Du is the phase required to be corrected, c53310 10 cm=s, x is frequency in radians, e R , is the relative permittivity and distance represents the length of brain and tumor mediums. Table 3 depicts the scale by which the brain and tumor permittivity changes to produce the same phase per subcarrier as our original CST Model, while Figure 8 illustrates the resultant difference in phases for the two models.…”

Section: Sf5mentioning

confidence: 99%

“…Mathematically, it requires SAR optimization to meet this challenge. Several techniques have been reported in recent research regarding SAR optimization in EM hyperthermia systems, including beamforming, time reversal, fixed‐time topology, inverse multiphysics strategy, genetic algorithms, eigenvalue‐based optimization, projection algorithm, and particle swarm optimization . When compared with EM fields, acoustic energy propagates with reduced speed and shorter wavelength values can be useful to target small‐sized tumors with deep penetration.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Efficient energy localization for hybrid wideband hyperthermia treatment system

Nizam-Uddin

Elshafiey

2018

Int J RF Microw Comput Aided Eng

View full text Add to dashboard Cite

This article presents efficient energy localization approach for hybrid wideband system for hyperthermia treatment of cancer based on a transmission line (TL). A heterogeneous head phantom is built by incorporating frequency dependent tissue properties of head layers considering both electromagnetic and ultrasound treatment. Effective medium properties are derived and used to compensate signal phase and magnitude values based on TL model. The obtained field map results emphasize the feasibility of the developed approach to obtain system parameters that enhance energy localization and eradicate hotspots.

show abstract

Section: Sf5mentioning

confidence: 99%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Efficient energy localization for hybrid wideband hyperthermia treatment system

Nizam-Uddin

Elshafiey

2018

Int J RF Microw Comput Aided Eng

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Thus, a robust and computationally efficient algorithm is needed to address the complexity of such systems. Various techniques have been reported in the literature for SAR optimization in EM hyperthermia systems such time reversal [ 50 ], fixed-time topology [ 51 ], inverse multiphysics strategy [ 52 ], genetic algorithms in [ 13 , 14 , 53 ], eigenvalue based optimization in [ 12 ], projection algorithm in [ 54 ], and particle swarm optimization in [ 55 ]. We devise an optimization technique based on the genetic algorithm to reduce any possible hotspots.…”

Section: The Proposed Energy Localization Techniquesmentioning

confidence: 99%

Enhanced Energy Localization in Hyperthermia Treatment Based on Hybrid Electromagnetic and Ultrasonic System: Proof of Concept with Numerical Simulations

Nizam-Uddin

Elshafiey

2017

BioMed Research International

View full text Add to dashboard Cite

This paper proposes a hybrid hyperthermia treatment system, utilizing two noninvasive modalities for treating brain tumors. The proposed system depends on focusing electromagnetic (EM) and ultrasound (US) energies. The EM hyperthermia subsystem enhances energy localization by incorporating a multichannel wideband setting and coherent-phased-array technique. A genetic algorithm based optimization tool is developed to enhance the specific absorption rate (SAR) distribution by reducing hotspots and maximizing energy deposition at tumor regions. The treatment performance is also enhanced by augmenting an ultrasonic subsystem to allow focused energy deposition into deep tumors. The therapeutic faculty of ultrasonic energy is assessed by examining the control of mechanical alignment of transducer array elements. A time reversal (TR) approach is then investigated to address challenges in energy focus in both subsystems. Simulation results of the synergetic effect of both modalities assuming a simplified model of human head phantom demonstrate the feasibility of the proposed hybrid technique as a noninvasive tool for thermal treatment of brain tumors.

show abstract

“…Karaciğer tümörü tedavisi için mikrodalga yayan bir antenin kullanımı ilk olarak 1979'da Tabuse tarafından önerildi ve 1985 yılında klinik uygulaması yapıldı (Tabuse, 1979;Tabuse ve ark., 1985). Mikrodalga antenlerinin çoğu ince, iğne benzeri koaksiyel tabanlı cihazlardır ve en popüler olanları monopol, dipol veya slot antenlerdir (Sharma, 2016). Mikrodalga ablasyonun karaciğer tümörleri yanında böbrek ve akciğerdeki çalışmaları da mevcuttur (He ve ark., 2004;Andreano ve ark., 2010;Brace, 2009;Vogl ve ark., 2011).…”

Section: Introductionunclassified

Kanser Tedavisinde Mikrodalga Ablasyon İçin Optimum Parametrelerin Belirlenmesi

KAVAK YÜRÜK

2023

Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi

View full text Add to dashboard Cite

Son yıllarda kanserli hücrelerin ve tümörlerin tedavisinde kullanılan mikrodalga ablasyon, mikrodalgalar tarafından üretilen ısının kullanıldığı invaziv bir termal terapi türüdür. Bu çalışmada ablasyon tedavisinde kontrolün sağlanması için doku hasarı boyutlarının teorik olarak elde edilmesi hedeflenmiştir. Doku özellikleri, frekans, çıkış gücü, uygulama süresi parametrelerinin etkisinin analiz edilmesi ve bunlar arasındaki ilişkinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Çalışmada karaciğer, akciğer ve böbrek dokularına uygulanan elektromanyetik alan maruziyeti COMSOL Multiphysics programı ile modellenmiş, numerik analiz yöntemi kullanılarak özgül soğurma oranı (SAR), sıcaklık dağılımı ve dokular üzerindeki hasar düzeyi hesaplanmıştır. Sıcaklık gradyanını elde etmek için biyo-ısı ve elektromanyetik denklemler ve üç boyutlu sonlu elemanlar yöntemi (FEM) kullanılmıştır. Sayısal analiz sonuçları sıcaklık dağılımı, SAR ve lezyon boyutları olarak verilmiştir. Dokuya ait yapısal farklılıkların önemli bir etken olduğu ve ablasyon bölgesi boyutlarının elde edilen sıcaklığın yanı sıra frekans, giriş gücü ve uygulama süresiyle doğru orantılı olarak arttığı bulunmuştur. İstenilen şekil ve boyutta ablasyon elde edilmesi için parametrelerin optimizasyonu gereklidir. Simülasyon çıktılarında 2450 MHz frekans ve 10 W çıkış gücündeki 10 dakikalık ablasyondan sonra karaciğer, akciğer ve böbrek için yaklaşık pıhtılaşma uzunlukları sırasıyla 4,5 cm, 4 cm ve 2,5 cm; pıhtılaşma çapları ise sırasıyla 1,5 cm, 0,8 cm ve 0,6 cm olarak belirlenmiştir.

show abstract

A Novel Multiphysics Optimization-Driven Methodology for the Design of Microwave Ablation Antennas

Cited by 14 publications

References 19 publications

Efficient energy localization for hybrid wideband hyperthermia treatment system

Efficient energy localization for hybrid wideband hyperthermia treatment system

Enhanced Energy Localization in Hyperthermia Treatment Based on Hybrid Electromagnetic and Ultrasonic System: Proof of Concept with Numerical Simulations

Kanser Tedavisinde Mikrodalga Ablasyon İçin Optimum Parametrelerin Belirlenmesi

Contact Info

Product

Resources

About