Войти
| Сфокусированный ультразвук высокой интенсивности | |
|---|---|
 Схема, показывающая, как HIFU можно использовать для разрушения тканей в организме. Акустическая линза используется для фокусировки звука в небольшой точке тела. Звук распространяется через многие слои тканей. Из-за фокального усиления разрушается только ткань в фокусе. | |
| Другие названия | Фокусированная ультразвуковая хирургия под магнитным резонансом (MRgFUS), Фокусированная ультразвуковая хирургия (FUS) |
| [редактировать в Викиданных ] | |
Сфокусированный ультразвук высокой интенсивности (HIFU ) - это неинвазивный терапевтический метод, который использует неионизирующие ультразвуковые волны для нагрева ткани. HIFU можно использовать для увеличения кровотока или лимфы или для разрушения ткани, такой как опухоли, с помощью ряда механизмов. Технология может использоваться для лечения ряда заболеваний и по состоянию на 2015 год находится на разных стадиях разработки и коммерциализации.
Технология аналогична ультразвуковой визуализации, хотя для достижения необходимых тепловых доз используются более низкие частоты и непрерывные, а не импульсные волны. Однако импульсные волны также можно использовать, если требуется механическое, а не тепловое повреждение. Акустические линзы часто используются для достижения необходимой интенсивности в целевой ткани без повреждения окружающей ткани. Аналогия - использование увеличительного стекла для фокусировки солнечного света; только фокус увеличительного стекла имеет высокую интенсивность. Хотя линзы традиционно использовались, фазированные решетки становятся все более распространенными, поскольку они позволяют легко изменять положение фокуса.
HIFU можно комбинировать с другими методами визуализации, такими как медицинский ультразвук или МРТ, чтобы обеспечить руководство по лечению и мониторингу.
Нет четкого согласия относительно границ между HIFU и другими формами терапевтического ультразвука. В академической литературе HIFU обычно относится к высоким уровням энергии, необходимой для разрушения ткани посредством абляции или кавитации, хотя он также иногда используется для описания приложений с меньшей интенсивностью, таких как трудотерапия и физиотерапия.
В любом случае HIFU используется для неинвазивного нагрева ткани глубоко в теле без необходимости делать разрез. Основные области применения - разрушение тканей, увеличение перфузии и физиотерапия. Применение ультразвука при лечении опорно-двигательного аппарата является и другое применение в условиях физиотерапевтического.
Сфокусированный ультразвуковую систему утвержден в Израиле, Канаде, Европе, Корее и России лакомство эссенциальный тремор, невропатическая боль и паркинсонический тремор. Такой подход позволяет лечить мозг без разреза или облучения. В 2016 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA ) одобрило систему Insightec Exablate для лечения эссенциального тремора. Лечение других таламокортикальных аритмий и психических заболеваний находится на стадии изучения.
Лечение симптоматической миомы матки стало первым одобренным заявлением. HIFU Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) в октябре 2004 года. Исследования показали, что HIFU безопасен и эффективен, и что у пациентов устойчивое облегчение симптомов сохраняется в течение как минимум двух лет без риска осложнения, связанные с хирургическим вмешательством или другими более инвазивными подходами. Дополнительное лечение потребуется до 16-20% пациентов.
HIFU изучается у мужчин с раком простаты. HIFU был одобрен в США для абляции ткани простаты в 2015 году. HIFU также используется для абляции рака простаты.
HIFU успешно применяется в лечении рак для разрушения солидных опухолей костей, мозга, груди, печени, поджелудочной железы, прямой кишки, почек, яичек, простаты.
Было обнаружено, что HIFU оказывает паллиативное действие. Сертификат CE был выдан для паллиативного лечения метастазов в кости. Экспериментально паллиативный эффект был обнаружен в случаях распространенного рака поджелудочной железы.
Лечение увеличения простаты (доброкачественной гиперплазии простаты ) с помощью HIFU изнутри кишечник (трансректальный) оказался безуспешным.
В некоторых странах, за исключением США, HIFU также предлагался изнутри простаты, то есть через катетер в простатической уретре. Доказательства по состоянию на 2019 год отсутствуют.
В Англии Национальный институт здравоохранения и повышения квалификации (NICE) в 2018 году классифицировал этот метод как «не рекомендуемый». В США (по состоянию на 2019 год) не было одобрено даже техническое устройство, необходимое для лечения.
HIFU также может использоваться в косметических целях, для уменьшения дряблости влагалища и для подтяжки кожи.. Безопасность и эффективность этих устройств и методов оспариваются.
Лучи HIFU точно фокусируются на небольшом участке пораженной ткани, чтобы локально выделять высокие уровни энергии.
Фокусирующий эффект преобразователя позволяет передавать высокое звуковое давление в точку фокусировки, не вызывая нежелательного повреждения других тканей. Это повышение давления может вызвать ряд эффектов, включая нагрев и кавитацию.
. Преобразователи отличаются от датчиков ультразвуковой визуализации, с которыми знакомы многие люди. На этом рисунке слева показаны два примера датчиков HIFU. У них обоих есть акустические чашеобразные линзы, фокусирующие звук внутри корпуса. Для сравнения, справа находится зонд ультразвуковой визуализации, который может использоваться для визуализации сердца. В 2015 году FDA разрешило два устройства HIFU для абляции ткани простаты.
Температура ткани в очаге повысится до 65-85 ° C, разрушая пораженную ткань коагуляционным некрозом. Обычно избегают более высоких температур, чтобы предотвратить кипение жидкости внутри ткани. Каждая обработка ультразвуком (индивидуальное воздействие ультразвуковой энергии) обрабатывает точно определенную часть целевой ткани. Вся терапевтическая мишень обрабатывается с помощью нескольких ультразвуковых обработок для создания объема обработанной ткани в соответствии с протоколом, разработанным врачом. Анестезия не требуется, но обычно рекомендуется седация.
Когда акустическая волна распространяется через ткань, часть ее поглощается и преобразуется в тепло. С помощью сфокусированных лучей можно достичь очень небольшой области нагрева глубоко в тканях (обычно порядка миллиметров). Повреждение ткани зависит как от температуры, до которой нагревается ткань, так и от того, как долго ткань подвергается воздействию этого уровня тепла в метрике, называемой «тепловой дозой». Сфокусируясь более чем на одном месте или сканируя фокус, можно термически удалить объем.
Есть некоторые свидетельства того, что HIFU можно применять к раку для нарушения микросреды опухоли и запуска иммунный ответ, а также, возможно, повышение эффективности иммунотерапии.
При достаточно высокой акустической интенсивности, кавитация (образование микропузырьков и взаимодействие с ультразвуковым полем) может возникнуть. Микропузырьки, образующиеся в поле, колеблются и растут (из-за факторов, включая выпрямленную диффузию ) и в конечном итоге могут взорваться (инерционная или переходная кавитация). Во время инерционной кавитации внутри пузырьков возникают очень высокие температуры, и схлопывание связано с ударной волной и струями, которые могут механически повредить ткань. Поскольку начало кавитации и связанное с ней повреждение тканей может быть непредсказуемым, до сих пор в клинических применениях ее обычно избегали. Однако исследователи работают над методом контроля этой кавитации, называемым гистотрипсией, который часто включает добавление агента, снижающего температуру, при которой возникает кавитация.
Есть несколько способов фокусировать ультразвук - через линзу (например, полистироловую линзу), изогнутый преобразователь, фазированную решетку или любую комбинацию три. Это концентрирует его в небольшой фокусной зоне; по концепции он аналогичен фокусировке света через лупу . Это может быть определено с использованием экспоненциальной модели затухания ультразвука. Профиль интенсивности ультразвука ограничен экспоненциально убывающей функцией, где уменьшение ультразвука является функцией расстояния, пройденного через ткань:
В этой модели 
Количество повреждений, нанесенных ткани, можно смоделировать с помощью кумулятивного эквивалента минут (CEM). За прошедшие годы было предложено несколько формулировок уравнения CEM, но уравнение, используемое в настоящее время для большинства исследований, проводимых в HIFU-терапии, взято из статьи 1984 года Дьюи и Сапарето:
с интегралом по время обработки, R = 0,5 для температур выше 43 ° C и 0,25 для температур от 43 ° C до 37 ° C, эталонная температура 43 ° C и время в минутах. Эта формула представляет собой эмпирическую формулу, полученную в результате экспериментов, проведенных Дьюи и Сапарето путем измерения выживаемости клеточных культур после воздействия тепла. Ультразвуковой луч можно сфокусировать следующими способами:
HIFU терапия требует тщательного наблюдения и обычно проводится в сочетании с другими методами визуализации.
Предоперационная визуализация, например КТ и МРТ, обычно используются для определения общих параметров целевой анатомии. С другой стороны, визуализация в реальном времени необходима для безопасного и точного неинвазивного нацеливания и мониторинга терапии. И МРТ, и медицинское ультразвуковое исследование использовались в качестве руководства при лечении FUS. Эти методы известны как сфокусированная ультразвуковая хирургия под магнитно-резонансным контролем (MRgFUS) и сфокусированная ультразвуковая хирургия под ультразвуковым контролем (USgFUS) соответственно. MRgFUS - это метод трехмерной визуализации, который отличается высоким контрастом мягких тканей и предоставляет информацию о температуре, что позволяет контролировать абляцию. Однако из-за низкой частоты кадров этот метод плохо работает при построении изображений в реальном времени, а высокая стоимость представляет собой существенное ограничение для его использования. Иными словами, USgFUS - это метод построения 2D-изображений, в котором, хотя до сих пор не было разработано коммерческой системы для получения количественной информации о температуре, используются несколько преимуществ, таких как высокая частота кадров (до 1000 изображений на второй), невысокая стоимость и минимальное вредное воздействие на здоровье. Кроме того, результаты лечения могут быть оценены в режиме реального времени путем визуального осмотра гиперэхогенных изменений на стандартных изображениях в B-режиме.
О первых исследованиях HIFU для неинвазивной абляции сообщил Lynn et al. в начале 1940-х гг. Обширная важная ранняя работа была выполнена в 1950-х и 1960-х годах Уильямом Фраем и Фрэнсисом Фраем в Университете Иллинойса и Карлом Таунсендом, Говардом Уайтом и Джорджем Гарднером в Институте международных исследований в Шампейне, штат Иллинойс, что привело к клиническому лечению неврологических расстройств. В частности, ультразвуковая визуализация высокой интенсивности и ультразвуковая визуализация выполнялись стереотаксически с помощью прецизионного фрезерного станка Cincinnati для выполнения точной абляции опухолей головного мозга. До недавнего времени клинических испытаний HIFU для абляции было немного (хотя значительная работа в области гипертермии проводилась с ультразвуковым нагревом), возможно, из-за сложности лечения и сложности неинвазивного нацеливания луча. Благодаря недавним достижениям в области медицинской визуализации и ультразвуковых технологий интерес к HIFU-абляции опухолей возрос.
Первый коммерческий аппарат HIFU, названный Sonablate 200, был разработан американской компанией Focus Surgery, Inc. (Милипитас, Калифорния) и запущен в Европе в 1994 году после получения одобрения CE, что принесло первую медицинскую валидацию технология доброкачественной гиперплазии предстательной железы (ДГПЖ). Комплексные исследования, проведенные практикующими врачами в более чем одном месте с использованием устройства, продемонстрировали клиническую эффективность для разрушения ткани простаты без потери крови или долгосрочных побочных эффектов. Более поздние исследования локализованного рака простаты, проведенные Мюратом и его коллегами в больнице Эдуарда Эррио в Лионе в 2006 году, показали, что после лечения с помощью Ablatherm (EDAP TMS, Лион, Франция) выживаемость без прогрессирования очень высока для пациентов с низким и промежуточным риском. пациенты с рецидивирующим раком простаты (70% и 50% соответственно) HIFU-лечение рака простаты в настоящее время является одобренной терапией в Европе, Канаде, Южной Корее, Австралии и других странах. По состоянию на 2012 год в США продолжаются клинические испытания Sonablate 500 для пациентов с раком простаты и тех, кто испытал радиационную недостаточность.
Использование сфокусированного ультразвука с магнитным резонансом впервые было упомянуто и запатентовано в 1992 году. Позже эта технология была передана InsighTec в Хайфе, Израиль, в 1998 году. InsighTec ExAblate 2000 была первой системой MRgFUS, получившей одобрение FDA на рынке США.
