Esempio di applicazione (case study) sull'analisi dell'ablazione a radiofrequenza Medtronic

Dettagli del progetto

Cliente: Medtronic

Applicazione: terapia del dolore

Tecnologia: analisi simulazione ablazione a radiofrequenza

Settore: dispositivi medici

Luogo: Milpitas, CA

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La sfida della progettazione

Una delle cause più comuni di dolore intenso nei pazienti oncologici sono le metastasi tumorali. Una volta che il cancro è metastatizzato, i pazienti spesso provano dolore cronico o altri effetti correlati. Anche se la radioterapia e la chemioterapia sono lo standard di cura per i pazienti affetti da cancro, circa il 25% di questi pazienti non trova sollievo al dolore.
Questo progetto di R&S è stato ideato per Medtronic, Inc. Nonostante esistano attualmente numerose opzioni di trattamento per la malattia metastatica dolorosa, l'ablazione a radiofrequenza è l'opzione di trattamento più avanzata. Uno degli svantaggi dell'ablazione a radiofrequenza è la sua dipendenza dalla conduzione per diffondere il calore dalla sonda di ablazione al tessuto circostante. Questo implica sottoporre il paziente a una lunga procedura. I medici radiologi interventisti richiedono tempi di intervento più brevi con maggiore velocità di riscaldamento e temperature più elevate, mantenendo l'attuale profilo di sicurezza dell'ablazione a radiofrequenza (zona di riscaldamento sferica e controllata intorno alla porta dell'applicatore).

La sfida era quella di utilizzare onde ad alta frequenza per fornire energia concentrata sul tumore con la massima efficacia, riducendo al minimo le perdite sull'interfaccia dispositivo-tessuto e sulla linea di trasmissione.

La Soluzione di Aavid

L'approccio adottato è stato quello di utilizzare un metodo di simulazione multifisica nella progettazione del nuovo dispositivo di ablazione a radiofrequenza. Quando un'onda elettromagnetica ad alta frequenza viaggia attraverso un tessuto biologico, il tessuto si riscalda (il meccanismo di riscaldamento può essere il riscaldamento ionico indiretto a bassa frequenza o il riscaldamento diretto ad alta frequenza) a una temperatura superiore a 40°C, provocando la morte cellulare. Un'analisi combinata sul trasferimento elettromagnetico e del calore è stata condotta su diversi modelli di applicatori al fine di massimizzare la quantità di energia erogata in un determinato tessuto con una specifica gamma di impedenza.

Il sistema è a temperatura controllata e utilizza sonde raffreddate ad acqua internamente per evitare il surriscaldamento del tessuto circostante durante la procedura. Il progetto si è concentrato sull'ottimizzazione non solo della forma dell'applicatore, ma anche del sistema a radiofrequenza a monte, al fine di minimizzare il surriscaldamento del tessuto a diretto contatto con l'applicatore. Allo stesso tempo, l'algoritmo di erogazione dell'energia e i parametri di raffreddamento interno dovevano essere ottimizzati per massimizzare l'effetto del riscaldamento ionico sull'intera lesione.

L'uso di un approccio CMS ha permesso agli ingegneri del reparto R&S di esplorare molteplici progetti in un periodo di tempo relativamente breve e a costi ridotti. I prototipi sono già stati assemblati dal cliente e sono in fase di valutazione/fattibilità. Il progetto molto probabilmente proseguirà con la selezione di diversi candidati che saranno in seguito ottimizzati (almeno uno o due candidati) e il progetto più promettente sarà sottoposto all'approvazione del processo di controllo del cliente.

Aavid, la divisione di gestione termica di Boyd Corporation, ha contribuito alla simulazione e ottimizzazione del modello della sonda di ablazione a radiofrequenza e ha eseguito analisi elettromagnetiche e fluidodinamiche computazionali accoppiate con lo scopo di convalidare i risultati sperimentali eseguiti su materiale che imita il tessuto umano.

Questa ricerca rappresenta un passo importante nel progresso delle tecniche di terapia del dolore per i pazienti oncologici e Aavid è fiera di farne parte.

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