Ablace pulzním polem (PFA) je netermální energetická metoda, která se používá ke zmenšení a odstranění nádorů solidních orgánů. Tato technika působí na buňky elektrickým polem o vysokém napětí, které zvyšuje propustnost buněčné membrány, což vede k cílené buněčné smrti. Ačkoli se PFA ukázala jako účinná, vědci nedávno vyvinuli nový typ techniky ireverzibilní elektroporace (IRE) nazvané vysokofrekvenční IRE (H-FIRE), která nabízí jedinečné výhody.

Existují dva typy elektroporace: reverzibilní a ireverzibilní. Reverzibilní elektroporace vytváří nepermanentní póry, v nichž se působením elektrického pole o nízké intenzitě dostávají do buňky chemické látky, léčiva nebo DNA. Nevratná elektroporace je vytváření trvalých pórů, které vedou k narušení buněčné homeostázy a smrti buňky. IRE se primárně používá v srdeční a nádorové ablaci.

Z elektrotechnického hlediska je rozdíl mezi oběma technikami funkcí intenzity elektrického pole a doby, po kterou je pole aplikováno. Zavedené metody PFA obvykle používají 80 až 120 unipolárních pulzů s dobou trvání pulzu 50 až 100 ms a elektrické pole, které přesahuje 1 000 V/cm. To může být sice účinné, ale tento protokol může způsobit svalovou kontrakci, což vede k bolesti pacienta a posunu elektrodových jehel.

Naproti tomu H-FIRE používá sadu bipolárních pulzů, které se skládají z jednotlivých pulzů o délce 0,5 až 10 ms, seskupených do série o délce až 100 ms. H-FIRE nabízí jedinečné výhody, včetně selektivního zacílení na kardiomyocyty, přičemž šetří vedlejší poškození struktury pojivové tkáně.

Aplikaci IRE na jaterní nádory dokumentuje řada studií, přičemž nejstarší pochází z roku 2011. Aplikované napětí se pohybovalo v rozmezí 1,5-3 kV/cm s dobou trvání mezi 70-100 µs a nejlepších výsledků bylo dosaženo při použití deskových elektrod k dodání 80 pulzů po 100 ms při frekvenci 0,3 Hz s velikostí elektrického pole 2,5 kV/cm napříč nádorem.

PFA Power

Hlavní výzvou při návrhu řešení napájení pro systémy PFA je potřeba spolehlivě a opakovaně dodávat vysokoenergetické VN (vysokonapěťové) impulsy. Pro aplikace v oblasti vědy o živé přírodě je obvykle vyžadován systém s nízkým výkonem v oblasti 2-300 W. Pro chirurgické aplikace mají jednotlivé pulzy průměrný výkon systému v oblasti kilowattů.

Požadované napětí se obvykle pohybuje v rozmezí 1 kV až 3 kV, přičemž některé aplikace vyžadují až 5 kV s proudy až 65 A. Šířka pulzů se obvykle pohybuje v rozmezí 100 ns až 100 µs s frekvencí burst módu až 5 MHz. Související rychlosti posuvu pulzů jsou významné a náročné.

Aby bylo možné tyto výzvy splnit, skládá se řešení napájení pro aplikace PFA z několika stupňů, které převádějí střídavý vstup ze sítě na vysokonapěťový pulzní stejnosměrný výstup potřebný pro ošetření. Prvním stupněm je vstup střídavého proudu a korekce účiníku (PFC), která řeší kritické parametry shody včetně primární a sekundární izolace, unikajícího proudu, filtrace EMI a PFC.

 

Druhým stupněm je měnič DC-DC. Tento stupeň převádí vstupní napětí obvykle 380 VDC na vysokonapěťový pulzní výstup požadovaný pro danou aplikaci. Topologie tohoto stupně závisí na požadavcích na tvar vlny v dané aplikaci. Například pro unipolární pulzní aplikace může být vhodný zpětnovazební měnič, zatímco pro bipolární pulzní aplikace může být vhodnější přímý měnič.

Jednou z technologií vhodných pro tuto fázi je řada vysoce výkonných regulovaných DC-DC měničů UltraVolt® C společnosti Advanced Energy, které jsou optimalizovány pro laserové aplikace, nabíjení kondenzátorů a pulzní napájení. Tato řada obsahuje 17 zařízení s napětím od 125 do 60 000 V a typickým zvlněním menším než 10 000 ppm. Měniče jsou k dispozici s jedním výstupem s kladnou nebo zápornou polaritou a poskytují až 250 W nabíjecího výkonu s rychlým náběhem a méně než 1% překmitem ze vstupu 24 V DC. Několik analogových rozhraní navíc umožňuje ovládání a monitorování vysokonapěťového výstupu a proudu.

Třetím stupněm je výstupní filtr. Tento stupeň tlumí případný zbytkový spínací šum nebo zvlnění na výstupu vysokého napětí před jeho dodáním do zátěže. Topologie filtru bude záviset na požadavcích aplikace, přičemž na výběr jsou dolnopropustné filtry, filtry typu Pi a filtry typu T.

Mezi další součásti systému PFA patří kromě zdroje napájení také generátor impulsů, elektrodové jehly a řídicí software. Generátor pulzů vytváří vysokonapěťové pulzy, které jsou přiváděny do tkáně prostřednictvím elektrodových jehel, zatímco řídicí software umožňuje operátorovi nastavit parametry tvaru vlny a sledovat průběh léčby.

Závěr

Ablace pulzním polem je slibnou technikou pro ablaci nádorů pevných orgánů a srdeční ablaci, která má potenciál dodat cílovým tkáním přesnou netepelnou energii a zároveň minimalizovat vedlejší poškození okolních tkání. Kritickou součástí systému PFA je zdroj energie, který vyžaduje spolehlivé a opakovatelné dodávání vysokonapěťových pulzů s požadovanými parametry tvaru vlny. Správná konstrukce napájecího zdroje zajišťuje, že systémy PFA poskytují bezpečnou a účinnou léčbu pro celou řadu lékařských aplikací.

Díky nejširší nabídce standardních a modifikovaných produktů a platforem AC/DC, DC/DC a vysokonapěťových produktů spolu s rozsáhlými zkušenostmi s aplikacemi a dodržováním předpisů nabízí společnost Advanced Energy konstruktérům systémů bezkonkurenční řadu osvědčených napájecích řešení pro návrh PFA zdrojů.

zdroj: https://www.advancedenergyblog.com/advancedenergy/industry-news/revolutionizing-solid-organ-tumor-ablation-with-high-voltage-solutions/