Darbeli alan ablasyonu (PFA), katı organ tümörlerini azaltmak ve çıkarmak için kullanılan termal olmayan bir enerji modalitesidir. Bu teknik, hücre zarının geçirgenliğini artırmak için hücrelere yüksek voltajlı bir elektrik alanı uygular ve bu da hedeflenen hücre ölümüne yol açar. PFA'nın etkili olduğu kanıtlanmış olsa da, araştırmacılar son zamanlarda benzersiz faydalar sunan yüksek frekanslı IRE (H-FIRE) adı verilen yeni bir tür geri dönüşümsüz elektroporasyon (IRE) tekniği geliştirdiler.

İki tür elektroporasyon vardır: tersinir ve tersinmez. Tersinir elektroporasyon, düşük yoğunluklu bir elektrik alanının uygulandığı, kimyasalların, ilaçların veya DNA'nın hücreye girmesine izin veren kalıcı olmayan gözenek oluşumu yaratır. Geri dönüşümsüz elektroporasyon ise kalıcı gözenekler oluşturarak hücresel homeostazın bozulmasına ve hücre ölümüne yol açar. IRE, kardiyak ve tümör ablasyonunda birincil uygulamalara sahiptir.

Elektrik mühendisliği perspektifinden bakıldığında, iki teknik arasındaki fark elektrik alan gücünün ve alanın uygulandığı sürenin bir fonksiyonudur. Yerleşik PFA yaklaşımları tipik olarak 50 ila 100 ms'lik bir darbe süresi ve 1.000 V/cm'yi aşan bir elektrik alanı ile 80 ila 120 unipolar darbe uygular. Bu etkili olsa da, bu protokol kas kasılmasına neden olarak hastada ağrıya ve elektrot iğnelerinin yer değiştirmesine yol açabilir.

Buna karşılık, H-FIRE, 100 ms'ye kadar bir patlama halinde gruplandırılmış, 0,5 ila 10 ms arasında sürelere sahip bireysel darbelerden oluşan bir dizi bipolar darbe patlaması kullanır. H-FIRE, kardiyomiyositlerin seçici olarak hedeflenmesi ve bağ dokusu yapısına ikincil hasar verilmemesi gibi benzersiz avantajlar sunar.

Karaciğer tümörlerine IRE uygulamasını belgeleyen çok sayıda çalışma bulunmaktadır ve bunların en eskisi 2011 yılına dayanmaktadır. Uygulanan voltaj 70-100 µs arasında bir süre ile 1,5-3 kV/cm aralığındaydı ve en iyi sonuçlar, tümör boyunca 2,5 kV/cm'lik bir elektriksel alan büyüklüğü ile 0,3 Hz'de 100 ms'lik 80 darbe vermek için plaka elektrotlar kullanılarak elde edildi.

PFA Güç

PFA sistemleri için güç çözümü tasarımının temel zorluğu, yüksek enerjili HV (Yüksek Gerilim) darbelerini güvenilir ve tekrarlanabilir bir şekilde iletme ihtiyacıdır. Yaşam bilimleri uygulamaları için tipik olarak 2-300 W bölgesinde düşük güçlü bir sistem gereklidir. Cerrahi uygulamalar için, bireysel darbeler kilovat bölgesinde sistem için ortalama bir güce sahiptir.

Gerekli voltaj tipik olarak 1 kV ila 3 kV aralığındadır ve bazı uygulamalar 65 A'ya kadar akımlarla 5 kV'a kadar gerektirir. Darbe genişlikleri tipik olarak 5 MHz'e kadar patlama modu frekanslarıyla 100 ns ila 100 µs aralığındadır. Darbe için ilişkili dönüş hızları hem önemli hem de zordur.

Bu zorlukların üstesinden gelmek için, bir PFA uygulamasına yönelik güç çözümü, AC şebeke girişinden tedavi için gereken yüksek voltajlı darbeli DC çıkışına dönüştüren birden fazla aşamadan oluşur. İlk aşama, primer-sekonder izolasyon, kaçak akım, EMI filtreleme ve PFC gibi kritik uyumluluk parametrelerini ele alan AC girişi ve güç faktörü düzeltmesidir (PFC).

 

İkinci aşama DC-DC dönüştürücüdür. Bu aşama tipik olarak 380 VDC olan giriş voltajını uygulama için gereken yüksek voltajlı darbe çıkışına dönüştürecektir. Bu aşama için topoloji, uygulamanın dalga biçimi gereksinimlerine bağlıdır. Örneğin, bir flyback dönüştürücü unipolar darbe uygulamaları için uygun olabilirken, bir forward dönüştürücü bipolar darbe uygulamaları için daha uygun olabilir.

Bu aşamaya uygun teknolojilerden biri Advanced Energy'nin lazer, kapasitör şarjı ve darbeli güç uygulamaları için optimize edilmiş UltraVolt® C serisi yüksek güç regülasyonlu DC-DC dönüştürücüleridir. Bu seride 125 ila 60.000 V arasında gerilime ve 10.000 ppm'den daha düşük tipik dalgalanmaya sahip 17 cihaz bulunmaktadır. Tek çıkışlı pozitif veya negatif polaritelerde mevcut olan dönüştürücüler, 24 VDC girişten %1'den daha az aşımla 250 W'a kadar hızlı yükselen şarj gücü sağlar. Buna ek olarak, çeşitli analog arayüzler yüksek voltaj çıkışının ve akımın kontrol edilmesini ve izlenmesini sağlar.

Üçüncü aşama çıkış filtresidir. Bu aşama, yüke iletilmeden önce yüksek voltaj çıkışında kalan anahtarlama gürültüsünü veya dalgalanmayı zayıflatacaktır. Filtre topolojisi, alçak geçiren filtreler, Pi filtreleri ve T filtreleri gibi seçeneklerle uygulama gereksinimlerine bağlı olacaktır.

Güç kaynağına ek olarak, PFA sisteminin diğer bileşenleri arasında puls jeneratörü, elektrot iğneleri ve kontrol yazılımı yer alır. Darbe jeneratörü, elektrot iğneleri aracılığıyla dokuya iletilen yüksek voltaj darbelerini oluştururken, kontrol yazılımı operatörün dalga formu parametrelerini yapılandırmasına ve tedavi ilerlemesini izlemesine olanak tanır.

Sonuç

Darbeli alan ablasyonu, katı organ tümör ablasyonu ve kardiyak ablasyon için umut verici bir tekniktir ve çevre dokulara verilen yan hasarı en aza indirirken hedef dokulara hassas, termal olmayan enerji verme potansiyeline sahiptir. Güç kaynağı, PFA sisteminin kritik bir bileşenidir ve gerekli dalga biçimi parametrelerine sahip yüksek voltaj darbelerinin güvenilir ve tekrarlanabilir bir şekilde iletilmesini gerektirir. Doğru güç kaynağı tasarımı, PFA sistemlerinin bir dizi tıbbi uygulama için güvenli ve etkili tedavi sağlamasını sağlar.

En geniş AC/DC, DC/DC ve yüksek gerilim standart ve modifiye ürünleri ve platformları, kapsamlı uygulamalar ve uyumluluk deneyimi ile Advanced Energy , sistem tasarımcılarına PFA güç kaynağı tasarımı için rakipsiz bir kanıtlanmış güç çözümleri yelpazesi sunar.

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