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Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.unb.br/handle/10482/22150
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Title: Desenvolvimento de um eletrodo expansível de níquel-titânio para ablação hepática por radiofrequência
Other Titles: Development of an expandable electrode of nickel titanium for radiofrequency ablation
Authors: Marques, Marina Pinheiro
Orientador(es):: Rosa, Suélia de Siqueira Rodrigues Fleury
Assunto:: Radiofrequência
Tumores
Câncer - tratamento
Issue Date: 10-Jan-2017
Citation: MARQUES, Marina Pinheiro. Desenvolvimento de um eletrodo expansível de níquel-titânio para ablação hepática por radiofrequência. 2016. 147 f., il. Dissertação (Mestrado em Engenharia Biomédica)—Universidade de Brasília, Brasília, 2016.
Abstract: O Hepatocarcinoma é um tipo de tumor hepático com altos índices de morte no mundo todo. Quando diagnosticados em sua fase inicial, os nódulos tumorais de até 3cm podem ser tratados por ablação por radiofrequência (RFA). Este procedimento é realizado por uma incisão minimamente invasiva de um eletrodo, guiado por imagem até o foco do tumor, que entrega a corrente alternada em alta frequência ao tecido e causa a necrose celular por volta de 45°C-60°C. Apesar de oferecer pouco dano e baixo risco de complicações quando comparado a outros tratamentos, a RFA é pouco utilizada no Brasil por ter um custo elevado e poucos profissionais capacitados para realizá-la. Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento e análise de um eletrodo ativo monopolar para ser acoplado ao equipamento SOFIA de RFA desenvolvido no Laboratório de Engenharia Biomédica da Universidade de Brasília. Além disso, propõe uma relação entre a potência e geometria do eletrodo para garantir a zona de ablação e o acontecimento do roll-off, evento caracterizado pela variação brusca de impedância após a necrose, com e sem aceleradores, soluções de álcool anidro e ácido acético, injetadas para acelerar a queima. Foi construído um eletrodo guarda-chuva, ativo e monopolar, com liga NiTi com micro-soldagem por laser de fibra Yb. Para avaliação do eletrodo foram realizados análise da solda por microscopia eletrônica de varredura. Para sua validação, foram realizados testes ex vivo em fígado bovino com comparações das dimensões de maior largura, menor largura e profundidade da zona de ablação obtidas com outros 8 eletrodos de eletrocirurgia. Por meio de um teste cego, somente 4 eletrodos foram escolhidos para avaliar as combinações de 40W e 80W de potência a 400kHz por 10min, 20min e 30min. Foram feitas simulações do modelo do eletrodo guarda-chuva de cinco hastes (5H) no software COMSOL e comparado com os resultados in vitro. E, devido as diferenças de propriedades entre um tecido vivo e um ex vivo, foi realizada uma modelagem matemática com um modelo Cole-Cole adaptado, para avaliar a influência da impedância no eletrodo guarda-chuva 5H desenvolvido. O processo de fabricação adotado neste trabalho pode reduzir em até 10x o custo do eletrodo ativo comparado aos modelos comerciais. Os experimentos que testaram o eletrodo mostraram que a potência com 40W por até 30min é possível queimar um volume de até 2,5cm³ a 3cm³. Foi constatada que a geometria adia o acontecimento do roll-off e consequentemente produz zonas de ablação maiores e mais bem definidas que os demais eletrodos testados. Dentre os aceleradores, o álcool anidro combinado com a RFA possui maior potencial de auxílio na necrose tumoral. Este estudo constatou a impedância do tecido influi na densidade elétrica e por isso existe variação entre a ablação produzida em tecidos in vivo e post mortem. __________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT
Hepatocellular carcinoma is a type of liver tumor with high death rates around the world. When it is diagnosed at an early stage, tumor nodules of up to 3cm can be treated by radiofrequency ablation (RFA). This procedure is carried out through a minimally invasive incision to insert an electrode which is image-guided to the location of the tumor and delivers an alternate high-frequency current to the tissue, causing cellular necrosis at around 45°C-60°C. In spite of offering little damage and low risk of complications when compared to other treatments, RFA is not often used in Brazil because of its elevated costs and because there are only few professionals that are trained to perform it. This paper presents the development and analysis of an active monopolar electrode that is to be attached to the SOFIA equipment for hepatic RFA developed in the Biomedical Engineering Laboratory of the University of Brasília. In addition, the paper proposes a relation between the potency and geometry of the electrode to ensure the zone of ablation and that the roll-off will happen, which is an event characterized by the precipitous variation of impedance after necrosis, with and without accelerators (solutions of anhydrous alcohol and acetic acid) injected to quicken the burn. An umbrella electrode, active and monopolar, was built with nickel titanium and micro welding by laser of Yb fiber. For the evaluation of the electrode, the analysis of the solder by scanning electron microscope was carried out. For its validation, ex vivo tests were performed on bovine livers, with comparisons of dimensions of larger width, narrow width and depth of the ablation zone obtained with 8 other electrosurgery electrodes. Through a blind experiment, only 4 electrodes were chosen to evaluate the combinations of 40W and 80W of potency at 400kHz per 10min, 20min and 30min. Simulations of the umbrella electrode model with 5 electrodes (5H) were performed in the COMSOL software and compared to the ex vivo results. And due to the difference of properties between live and ex-vivo tissue, a mathematic modeling with and adapted Cole-Cole model was made to evaluate the influence of impedance on the developed 5H umbrella electrode. The manufacturing process used in this work can reduce up to 10x the cost of the active electrode. The experiments that tested the electrode showed that with potency of 40W for up to 30min it is possible to burn a volume of up to 2,5cm³ a 3cm³. We found that the geometry delays the roll-off and consequently produces larger and better-defined ablation zones than any other electrode that was tested. Between the accelerators, anhydrous alcohol combined with RFA is potentially more helpful in tumor necrosis. This study found that tissue impedance influences the electrical density and that is why a variation between the ablation produced on in vivo and post mortem tissues exists.
Description: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade Gama, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Biomédica, 2016.
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