Изображение

Высокоинтенсивный сфокусированный ультразвук (HIFU) — это неинвазивная термическая терапия на ранней стадии, используемая для лечения различных заболеваний, включая неврологические расстройства и некоторые виды рака. Теперь исследователи из Городского университета Гонконга разработали систему HIFU на основе массива, которая объединяет ультразвуковую (США) и фотоакустическую (ПА) визуализацию в реальном времени для улучшения проведения лечения. Система предоставляет информацию о температуре и структуре, с помощью которой можно направлять терапию, преодолевая предыдущие проблемы, связанные с длительным временем лечения и неточным или дорогостоящим наведением по изображениям.

HIFU предлагает преимущества глубокого проникновения, контролируемого размера пятна абляции и низкой стоимости оборудования. Однако основным недостатком является зачастую длительное время обработки из-за фокальных пятен, меньших, чем фактический размер области лечения, и фиксированной глубины фокуса. Длительное механическое сканирование может привести к несовпадению назначенной точки лечения и фактического фокуса HIFU. Чтобы свести к минимуму повреждение окружающих здоровых тканей, решающее значение имеет точный и своевременный контроль дозы.

Сочетание ультразвуковой визуализации с HIFU может обеспечить мониторинг в реальном времени при небольших затратах, но не подходит для клинического использования из-за недостаточной температурной чувствительности для точного управления лечением HIFU. Новая система, разработанная Ячао Чжаном и Лидаем Ваном и описанная в журнале Biomedical Optics Express, решает многие проблемы путем подключения датчика визуализации PA/US и датчика HIFU к единой системе сбора данных и синхронного программирования изображений PA/US и передачи HIFU. .

Датчик HIFU на основе матрицы имеет широкий диапазон динамического управления как в осевом (40 мм), так и в боковом (16 мм) направлениях. Обрабатывающие пятна перемещаются электронным способом путем корректировки карты фаз возбуждения, что позволяет обрабатывать несколько пятен относительно быстро, со скоростью 15 с/пятно. Чжан и Ван сообщают, что, поскольку многоэлементный датчик HIFU также можно использовать для получения ультразвуковых изображений и выравнивания с датчиком визуализации в осевом направлении, можно избежать утомительного процесса пространственной калибровки между терапевтическими и диагностическими датчиками. Аппликатор HIFU автоматически выбирает область абляции на основе данных двухрежимных изображений.

Новая система HIFU/PA/US состоит из четырех основных компонентов. Зонд HIFU/визуализации объединяет 128-канальный датчик HIFU и датчик визуализации с линейной фазированной решеткой. Система сбора данных имеет 256 каналов, половина из которых используется для HIFU-терапии, а другая половина — для визуализации ПА/УЗИ. Установка также включает в себя оптическую систему, состоящую из перестраиваемого оптического параметрического генератора-лазера и Nd:YAG-лазера с модуляцией добротности. Наконец, блок управления включает в себя контроллер движения для перемещения образца и контроллер последовательности для синхронизации передачи HIFU, изображений PA и УЗИ, а также мониторинга температуры на основе PA.

Чтобы продемонстрировать динамическую многоточечную абляцию с использованием преобразователя HIFU, исследователи разработали круговую схему абляции с девятью целевыми точками и использовали ее для абляции фантома из полидиметилсилоксана (ПДМС). Используя информацию о местоположении, система HIFU автоматически удаляла каждую точку в течение 15 с. Схема абляции образца ПДМС хорошо соответствовала запланированному дизайну.

Фокусированный ультразвук контролирует рак простаты с меньшим количеством побочных эффектов

Исследователи также протестировали систему на свежей ткани куриной грудки. Они использовали последовательную передачу HIFU, визуализацию PA, термометрию PA и ультразвуковую визуализацию для отображения двухрежимных изображений и записи изменений температуры целевого пятна, подтверждая, что система может отслеживать ход терапии HIFU в режиме реального времени. Эксперименты подтвердили возможность точного и динамического управления абляцией HIFU и продемонстрировали, что структурная и функциональная информация, генерируемая совместными двойными изображениями, может точно позиционировать терапию HIFU и поддерживать контроль дозы.

«Благодаря преимуществам мультимодальной визуализации и неинвазивной терапии трехмодальная система по-прежнему демонстрирует большие перспективы в клиническом применении», — заключают Чжан и Ван.