Development of Advanced FEM Simulation Technology for Pre-Operative Surgical Planning

要約

体内針ベースの治療用超音波 (NBTU) は、原発性癌と転移性癌の両方を含む悪性脳腫瘍の熱アブレーションに対する低侵襲アプローチを提供します。
NBTU は、高周波交流電界を利用して圧電トランスデューサーを励起し、局所的な加熱と腫瘍細胞のアブレーションを引き起こす音波を生成します。また、周囲の健康な組織を温存しながら、より低い音響出力線量を直接標的の腫瘍に供給することで、より正確なアブレーションを実現します。
私たちの以前の研究に基づいて、この研究では、さまざまな組織環境でのアブレーション効果をシミュレートすることによって術前手術計画を最適化するためのデータベースを導入し、組織横断条件下での熱損傷を評価するためにさまざまな腫瘍の種類とサイズを組み込んだ拡張シミュレーションモデルを開発します。
これらのシミュレーションから包括的なデータベースが作成され、CEM43 等線量マップ、温度変化、熱線量領域、4 つの方向性プローブの最大アブレーション距離などの重要なパラメーターが詳細に記述されます。
このデータベースは、将来の研究のための貴重なリソースとして機能し、NBTU 手順の複雑な軌道計画とパラメータの最適化に役立ちます。
さらに、術前計画を強化するために新しいプローブ選択方法が提案され、治療効率を最大化し、アブレーション時間を最小限に抑えるプローブを選択するための戦略的アプローチが提供されます。
この方法は、不必要な熱伝播を回避し、プローブ角度を最適化することにより、患者の転帰を改善し、外科手術を合理化する可能性があります。
全体として、この研究の結果はNBTUの分野に大きく貢献し、臨床現場で治療の精度と有効性を高めるための強力なフレームワークを提供します。

要約(オリジナル)

Intracorporeal needle-based therapeutic ultrasound (NBTU) offers a minimally invasive approach for the thermal ablation of malignant brain tumors, including both primary and metastatic cancers. NBTU utilizes a high-frequency alternating electric field to excite a piezoelectric transducer, generating acoustic waves that cause localized heating and tumor cell ablation, and it provides a more precise ablation by delivering lower acoustic power doses directly to targeted tumors while sparing surrounding healthy tissue. Building on our previous work, this study introduces a database for optimizing pre-operative surgical planning by simulating ablation effects in varied tissue environments and develops an extended simulation model incorporating various tumor types and sizes to evaluate thermal damage under trans-tissue conditions. A comprehensive database is created from these simulations, detailing critical parameters such as CEM43 isodose maps, temperature changes, thermal dose areas, and maximum ablation distances for four directional probes. This database serves as a valuable resource for future studies, aiding in complex trajectory planning and parameter optimization for NBTU procedures. Moreover, a novel probe selection method is proposed to enhance pre-surgical planning, providing a strategic approach to selecting probes that maximize therapeutic efficiency and minimize ablation time. By avoiding unnecessary thermal propagation and optimizing probe angles, this method has the potential to improve patient outcomes and streamline surgical procedures. Overall, the findings of this study contribute significantly to the field of NBTU, offering a robust framework for enhancing treatment precision and efficacy in clinical settings.

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