Glioblastoma multiformenin hipertermi ile tedavisinin sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmesi
Investigation of the treatment of glioblastoma multiforme with hyperthermia using finite element method
Yazar: AYŞE SAĞIROĞLU
Danışman: DOÇ. DR. MESUT KARAHAN
Üsküdar Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Nörobilim Ana Bilim Dalı / Nörobilim Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Onkoloji = Oncology
Dizin: Beyin = Brain ; Beyin hastalıkları = Brain diseases ; Beyin neoplazmları = Brain neoplasms ; Glioblastoma = Glioblastoma ; Hipertermi = Hyperthermia ; Neoplazmlar = Neoplasms ; Nörobilim = Neuroscience ; Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis

Özet:
Kanser, hastalığın mevcut tedavi seçenekleri sınırlı olmasından dolayı tıbbi araştırmaların karşılaştığı en büyük sorunlardan biridir. Kanser tedavisi için kullanılan standart yöntemlerin ise yan etkileri vardır ve bu nedenle çalışmaların çoğu kanserin tanı ve tedavisini bulmaya yönelmiştir. Glioblastoma Multiforme (GBM) olarak bilinen beyin kanseri ise erişkinlerde en sık görülen merkezi sinir sistemi tümörlerindendir. Kanserin hipertermi ile tedavisinde kanseri çevreleyen dokulara zarar vermeden kanserli hücreleri öldürmek için ısı enerjisinden yararlanılır. Hipertermi tedavisi için yapılan klinik çalışmalarda tümör ve normal doku boyunca oluşan sıcaklık dağılımını belirlemek zordur. Bu çalışmada sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak hipertermi tedavisinde kullanılmak üzere 2D mikrodalga anten modeli tasarlanıp tümör tedavindeki ısı transferinin kolay, düşük hata yüzdesi ile gerçeğe uygun bir şekilde radyofrekans ve biyoısı transfer modülleri kullanılarak simülasyonu amaçlanmıştır. Uygulamada Maxwell ve Penne'nin elekromanyetik uygulama ve biyoısı transfer denklemlerinden yararlanılmıştır.  Modelde anten geometrisi ile ilişkili parametreler ve ısı denklemllerinde kullanılmak üzere kimyasal ve biyolojik parametreler için bu alanda yapılmış önceki çalışmalardan faydalanılmıştır. Modellemede, kanserli dokunun gelişiminin etkin bir şekilde baskılanması veya yok edilmesi amaçlanmıştır. Bir mikrodalga güç kaynağı tarafından uygulana toplam güç yoğunluğunun, beyin dokusundaki dağılımı, dokudaki spesifik absorbsiyon oranları (SAR),  sıcaklık dağılımı ve uygulama sonundaki anten ve çevresindeki hasarlı bölge dağılımı kontrol edilmiştir. Bu amaçla, güç, frekans, uygulama zamanı, anten geometrisi gibi çeşitli parametreler değiştirilerek 13 farklı uygulama yapılmıştır. Çalışma ile GBM'nin tedavisinde beyin dokusuna uygulanan mikrodalga anten kataterin güvenli güç, frekans, zaman aralığı ve geometrik özellkleri belirlenmiştir. Uygulama zamanı ort. 10 dakika, güç aralığı 5-10 W, frekansı 0.915GHz- 2.45 GHz aralığında, anten geometrisinin ise iletken uzunluğunun doku ile uyumlu olacak şekilde 70 mm uzunlukta olması ve dokuya ait genişliğin 30 mm olması gerektiği görülmüştür.

Abstract:
Cancer is one of the biggest problems faced by medical research due to the limited treatment options available for the disease. The standard methods used for cancer treatment, on the other hand, have side effects, so most of the studies have focused on finding the diagnosis and treatment of cancer. Brain cancer, known as Glioblastoma Multiforme (GBM), is one of the most common central nervous system tumors in adults. In the treatment of cancer with hyperthermia, heat energy is used to kill cancerous cells without damaging the tissues surrounding the cancer. It is difficult to determine the temperature distribution across the tumor and normal tissue in clinical studies for the treatment of hyperthermia. In this study, a 2D microwave antenna model was designed to be used in the treatment of hyperthermia using the finite element method, and it was aimed to simulate the heat transfer in tumor treatment using radiofrequency and bioheat transfer modules in a realistic way with an easy, low error percentage. In practice, electromagnetic application and bioheat transfer equations of Maxwell and Penne were used. In the model, the parameters related to the antenna geometry and the chemical and biological parameters to be used in temperature equations have been benefited from previous studies in this field. In the modeling, it is aimed to suppress or destroy the development of cancerous tissue effectively. The distribution of the total power density applied by a microwave power source in the brain tissue, the specific absorption rates (SAR) in the tissue, the temperature distribution and the distribution of the damaged area around the antenna and its surroundings at the end of the application were checked. For this purpose, 13 different applications were made by changing various parameters such as power, frequency, application time, antenna geometry. The safe power, frequency, time interval and geometric properties of the microwave antenna catheter applied to the brain tissue in the treatment of GBM were determined. It has been observed that the application time is approximately 10 minutes, the power range is 5-10 W, the frequency is between 0.915GHz - 2.45 GHz, and the antenna geometry should be 70 mm long. the length is compatible with the tissue and the tissue width should be 30 mm.