OTTIMIZZAZIONE ELETTROMAGNETICA E TERMICA DI UN APPLICATORE A MICROONDE PER L'ABLAZIONE DEI TUMORI DEL FEGATO

This thesis deals with the design and optimization of a percutaneous microwave applicator for the cancer thermal therapy. The design of the applicator is based on a monopole antenna operating in the Industrial Scientific and Medical (ISM) frequency band at f=2,45 GHz, respecting the technical specifications and typical clinical requirements. In literature, such kind of therapy is also known as microwave thermo-ablation of soft tissues. The biological tissue considered in this study is the liver tissue inside which a spherical tumour mass has been inserted. Different geometries and materials have been investigated in order to obtain a high efficiency applicator of easy and low-cost manufacturing. The 3D distributions of SAR and temperature produced into the biological tissue by the proposed applicators, as well as the size and axial ratio of the thermal lesions versus the ablation time and feeding power have been evaluated by computer simulations. All the simulation results are performed by using the CST Studio Suite® software. The thesis has been developed within a cooperation among Microwave & Optical Engineering Group (MOE) of Polytechnic University of Bari and the enterprises NEETRA S.r.l. and MASMEC S.p.A.

Il lavoro di tesi verte sul progetto di un applicatore percutaneo ad ago per la terapia termica del cancro; in letteratura, tale terapia è anche nota come termoablazione alle microonde dei tessuti molli. Il tessuto biologico, considerato come bersaglio in questo studio, è il tessuto epatico, all’interno del quale è stata inserita una massa cancerogena di forma sferica. Il progetto dell’applicatore utilizza un’antenna a monopolo operante nella banda Industriale, Scientifica e Medicale (ISM) centrata alla frequenza di f = 2.45 GHz e tiene conto di opportune specifiche tecniche e di appropriati requisiti medici. La tesi si pone l’obiettivo di progettare tale dispositivo, con lo scopo di semplificare la geometria di partenza, in modo da ridurre, per quanto possibile, le criticità di fabbricazione e di ottimizzare l’applicatore al fine di ottenere un’alta efficienza e un buon adattamento di impedenza alla sorgente, risultanti da un valore minimo del modulo del parametro di scattering in riflessione |S11|. Le specifiche termiche, le distribuzioni tridimensionali del SAR e della temperatura, e il diametro delle lesioni termiche prodotte dalle configurazioni dell’applicatore proposte, sono valutate attraverso simulazioni su calcolatore. Tutti i risultati delle simulazioni sono ottenuti adoperando il software CST STUDIO SUITE™. Il lavoro di tesi è stato sviluppato nell'ambito di una collaborazione tra il Microwave & Optical Engineering Group (MOE) del Politecnico di Bari e le aziende NEETRA S.r.l. e MASMEC S.p.A.