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El ultrasonido enfocado de alta intensidad (HIFU) es una terapia térmica no invasiva en etapa temprana que se usa para tratar una variedad de afecciones médicas, incluidos trastornos neurológicos y algunos tipos de cáncer. Ahora, los investigadores de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong han desarrollado un sistema HIFU basado en matriz que integra imágenes de ultrasonido (US) y fotoacústica (PA) en tiempo real para mejorar la administración del tratamiento. El sistema proporciona información estructural y de temperatura con la que guiar la terapia, superando los desafíos anteriores de largos tiempos de tratamiento y guía de imagen inexacta o costosa.

HIFU ofrece las ventajas de penetración profunda, tamaño de punto de ablación controlable y bajo costo de hardware. Sin embargo, una desventaja importante son los tiempos de tratamiento a menudo prolongados, debido a puntos focales más pequeños que la dimensión real de la región de tratamiento y profundidades de enfoque fijas. Un escaneo mecánico prolongado puede causar una desalineación entre el punto de tratamiento designado y el enfoque HIFU real. Para minimizar el daño a los tejidos sanos circundantes, es fundamental un control de dosis preciso y oportuno.

La combinación de imágenes de ultrasonido con HIFU puede proporcionar un control en tiempo real a bajo costo, pero ha sido inapropiado para el uso clínico debido a la insuficiente sensibilidad a la temperatura para guiar con precisión el tratamiento con HIFU. El nuevo sistema, desarrollado por Yachao Zhang y Lidai Wang y descrito en Biomedical Optics Express, resuelve muchos problemas al conectar el transductor de imágenes PA/US y el transductor HIFU a un solo sistema de adquisición de datos y programar la transmisión de imágenes PA/US y HIFU de forma sincrónica. .

El transductor HIFU basado en matriz tiene un amplio rango de dirección dinámica en las direcciones axial (40 mm) y lateral (16 mm). Los puntos de tratamiento se mueven electrónicamente ajustando el mapa de fase de excitación, lo que hace factible tratar múltiples puntos relativamente rápido, a 15 s/punto. Zhang y Wang advierten que debido a que el transductor HIFU de elementos múltiples también se puede usar para adquirir imágenes de ultrasonido y alinearse con el transductor de imágenes en la dirección axial, se puede evitar el tedioso proceso de calibración espacial entre los transductores terapéuticos y de diagnóstico. El aplicador HIFU selecciona la región de ablación automáticamente, en función de los comentarios de las imágenes de modo dual.

El novedoso sistema HIFU/PA/US consta de cuatro componentes principales. Una sonda de imágenes/HIFU integra un transductor HIFU de 128 canales y un transductor de imágenes de matriz en fase lineal. El sistema de adquisición de datos tiene 256 canales, la mitad utilizados para la terapia HIFU y la otra mitad para imágenes PA/US. La configuración también incluye un sistema óptico, que comprende un láser oscilador paramétrico óptico sintonizable y un láser Nd: YAG de conmutación Q. Finalmente, la unidad de control incluye un controlador de movimiento para traducir la muestra y un controlador de secuencia para sincronizar la transmisión HIFU, las imágenes PA y US, y el monitoreo de temperatura basado en PA.

Para demostrar la ablación dinámica de múltiples puntos con el transductor HIFU, los investigadores diseñaron un patrón de ablación circular con nueve puntos objetivo y lo usaron para extirpar un fantasma de polidimetilsiloxano (PDMS). Usando la información de posición, el sistema HIFU eliminó automáticamente cada punto durante 15 s. El patrón de ablación en la muestra de PDMS coincidió bien con el diseño planificado.

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Los investigadores también probaron el sistema utilizando tejido de pechuga de pollo fresco. Utilizaron transmisión HIFU secuencial, imágenes PA, termometría PA e imágenes de EE. UU. para mostrar imágenes de modo dual y registrar los cambios de temperatura del punto objetivo, verificando que el sistema puede monitorear el progreso de la terapia HIFU en tiempo real. Los experimentos validaron la capacidad de dirección precisa y dinámica de la ablación HIFU y demostraron que la información estructural y funcional generada por imágenes duales co-registradas puede posicionar con precisión la terapia HIFU y mantener el control de la dosis.

"Debido a las ventajas de las imágenes multimodales y la terapia no invasiva, el sistema trimodal todavía muestra grandes perspectivas en la aplicación clínica", concluyen Zhang y Wang.