Development of a cylindrical ultrasound applicator for Intracavitary Hyperthermia

강내온열 치료를 위한 원통형 초음파 치료기 개발

In this study, a cylindrical ultrasound applicator is developed for the treatment of vagina and rectum in combination with high dose rate brachytherapy. A cylindrical transducer (PZT-8, 1=1.5 cm, thickness=1.5mm OD=2.5 cm) was used as an energy source for induction of hyperthermia. Three single-element applicators were constructed to examine the performance of the PZT material. Vector impedance was measured to determine driving frequency. The efficiencies of the elements were determined using a radiation force technique to evaluate the feasibility of using the applicator as a hyperthermia source. A multi-element ultrasound applicator was designed using the PZT-8 material for the treatment of vagina. Results from the vector impedance measurements showed maximum magnitude at 1.78, 1.77, and 1.77 MHz for applicator 1,2, and 3, respectively. The radiation force measurements showed that the acoustic power of 40 watts was obtained in all three elements. The average efficiencies of the elements were 61.4, 65.2, and 54.0% for element 1, 2, and 3, respectively. The designed ultrasound hyperthermia applicator could be used in combination with high dose rate brachytherapy for the treatment of vagina and rectum. The use of this applicator with intracavitary brachytherapy could offer improved tumor control by increasing radiosensitiyity of the tumor.

항문암 및 자궁경부암 치료시 사용되는 고선량률 강내 근접치료기와 병행하여 사용할 원통형 초음파 온열치료가 개발되었다. 온열치료를 위한 에너지원으로 원통형 트랜스듀서가(PZT-8 물질, 길이=1.5 cm 두께=1.5 mm 외경= 2.5cm) 사용되었다. PZT-8 물질의 특성을 측정하기위해 세 개의 단일 엘리멘트 어플리케이터가 제작되었다. PZT 물질을 작동하기 위한 주파수를 결정하기 위하여 벡터 임피던스가 측정되었다. 선택된 물질이 온열치료에 사용될 수 있는지 가능성을 타진하기위해 방사능력을 측정하는 방법으로 각 엘리맨트의 초음파발생 효율을 입력한 전기량과 발생한 초음파량의 비로 계산하였다. 마지막으로 질암의 온열치료에 사용할 수 있는 다채널 초음파 치료기가 디자인 되었다. 임피던스 실험결과 각 엘리맨트 1, 2, 그리고 3에 대해 1.78, 1.77, 그리고 1.77 MHz의 주파수에서 최대 임피더스 값을 얻었다. 방사능력 측정 실험결과 본 연구에서 사용된 에너지 소스는 40와트 이상의 초음파량이 방출되었다. 또한 각 엘리맨트 1, 2, 그리고 3의 평균 효율은 61.4, 65.2, 그리고 54.0% 이다. 본 연구에서 디자인되어진 원통형 초음파 치료기는 질 또는 항문 치료 시 고선량 강내근접치료와 더불어 사용할 수 있음이 증명되었다. 따라서 본 연구에서 개발된 온열 치료기구가 고 선량 강내 근접치료와 함께 사용하여 병변조직의 방사능 민감도를 증가시켜 암 치료효율을 높일수 있다.