Switching Monopolar Mode for RF-Assisted Resection and Superficial Ablation of Biological Tissue: Computational Modeling and Ex Vivo Experiments

Abstract

Radiofrequency (RF)-based monopolar (MM) and bipolar mode (BM) applicators are used to thermally create coagulation zones (CZs) in biological tissues with the aim of destroying surface tumors and minimizing blood losses in surgical resection. Both modes have disadvantages as regards safely and in obtaining a sufficiently deep coagulation zone (CZ). In this study, we compared both modes versus a switching monopolar mode (SMM) in which the role of the active electrode changes intermittently between the two electrodes of the applicator. In terms of clinical impact, the three modes can easily be selected by the surgeon according to the surgical maneuver. We used computational and experimental models to study the feasibility of working in MM, BM, and SMM and to compare their CZ characteristics. We focused exclusively on BM and SMM, since MM only creates small coagulation zones in the area between the electrodes. The results showed that SMM produces the deepest CZ between both electrodes (33% more than BM) and SMM did not stop the generator when an electrode lost contact with the tissue, as occurred in BM. Our findings suggest that the selective use of SMM and BM with a bipolar applicator offers greater advantages than using each type alone.

Análisis de la incidencia de una fuente radiactiva en un bisturí bipolar para resección de carcinomas en tejido ex vivo

“…Dispositivo de uso médico que maneja fenómenos eléctricos para generar calor, esta conformador por un mango de plástico y dos electrodos, cada uno tiene forma de una varilla cilíndricamente metálica terminando en una punta de forma esférica, tiene la función de trabajar como medio conductor de la fuente generadora de energía al tejido en contacto, cada electrodo dentro de su forma cilíndrica tiene una estructura hueca por donde se generará un proceso refrigerante, capaz de evitar deshidrataciones y calcificaciones del tejido circundante al electrodo (Yaulema et al, 2020).…”

“…Dicha ecuación explica que el producto de la densidad del tejido 𝜌, la constante de calor especifico 𝑐 𝑝 y la diferencial de la Temperatura 𝑇 con respecto a un tiempo 𝑡, menos la divergencia del gradiente de Temperatura ∇𝑇 , por el valor escalar de la conductividad térmica 𝑘, será igual a la fuente de energía total 𝑄, la cual corresponde al conjunto aditivo de la fuente de calor utilizada 𝑞, la perdida de calor por perfusión sanguínea 𝑄 𝑝 y el calor metabólico del órgano 𝑄 𝑚 (Yaulema et al, 2020).…”

“…Para este análisis, se requiere un plano simétrico con los electrodos y el tejido. Por otra parte, para dicha ecuación (3) se tomarán ciertas consideraciones, como igualar a cero el valor 𝑄 𝑝 , ya que el proceso de simulación será realizado en un tejido ex vivo, como también el valor 𝑄 𝑚 , porque puede considerarse despreciable para el proceso de ablación (Yaulema et al, 2020). Siendo 𝑞, determinable mediante la ecuación (4): 𝑞 = 𝜎|𝐸| 2 (4) Donde 𝜎 es la conductividad eléctrica, definible en la ecuación (5) la cual está en función de la temperatura 𝑇 y la temperatura referencial 𝑇 0 , a la que se obtiene el valor de 𝜎 0 , ISSN: 2773-7330 Vol.…”

“…3. pp. 130 -148. julio-septiembre 2022 www.alfapublicaciones.com ajustándolo al valor sometido en el tejido, y 𝐸 que corresponde a la magnitud vectorial del campo eléctrico, obteniéndose en función del voltaje 𝑉 (6) (Yaulema et al, 2020).…”

“…Tales como, el estudio aportado por Khajepour & Rahmani (2017), quienes realizaron un enfoque para diseñar un generador termoeléctrico de radioisótopos de Estroncio 90 (Sr-90) usando una combinación de métodos computacionales, para la simulación del movimiento de partículas en la materia, modulando en un sistema de análisis (ANSYS) el calor disipado, la distribución de temperatura y el potencial de entrada, afirmando que el Sr-90 es una fuente de calor óptima para crear un generador termoeléctrico que requiere en sus dimensión geométrica un aislante óptimo para adaptar la emisión de distribución de temperatura por el software COMSOL MULTIPHYSICS (Khajepour & Rahmani, 2017). Además del aporte de Yaulema et al (2020), quienes ejecutaron un cambio de modo monopolar para una resección asistida por Radiofrecuencias y ablación superficial de tejido biológico, con el objetivo de realizar un proceso de ablación a tumores en las zonas superficiales del tejido y disminuir el trauma en la zona durante la resección quirúrgica, en este estudio se analiza la viabilidad de trabajar un electrobisturí en modo monopolar, bipolar y monopolar de conmutación al comparar sus características en las zonas de coagulación, obteniendo que el monopolar es capaz solamente de crear zonas de corto alcance de coagulación mientras que bipolar y monopolar de conmutación tienen mayor viabilidad alcanzando una zona de coagulación más profunda entre los dos electrodos, ofreciendo mayor ventaja el modo monopolar de conmutación y bipolar (Yaulema et al, 2020).…”