Любое хирургическое вмешательство всегда связано с риском внесения инфекции, требует стерильной операционной комнаты и подразумевает долгий восстановительный период.
Ультразвуковые волны большой амплитуды способны не только меняться по мере распространения из-за нелинейного отклика среды, но и (при достаточно высокой интенсивности) разрушать среду. Эта возможность нашла применение в медицине. Локальность воздействия такого «бестелесного скальпеля» на биоткань достигается путём фокусировки ультразвуковых пучков.
Фокусированный ультразвук высокой интенсивности (в англоязычной литературе – High Intensity Focused Ultrasound, HIFU) уже успешно используется в клинической практике для безоперационного разрушения новообразований в различных органах и проведения нейрохирургических операций в глубоких структурах мозга человека. В существующих клинических HIFU системах основным механизмом воздействия на ткань является ее нагрев в режиме гармонических волн до температур теплового некроза, таким образом, «сваривая» ее неинвазивно (т.е. бесконтактно, без разреза).
Однако, применяющиеся сейчас в клинике режимы HIFU недостаточно точны из-за диффузии тепла за пределы целевой области. Исправить это могут более мощные ударно—волновые режимы, разрабатываемые в LIMU.
Исследования в LIMU
- развиваются комплексные методы планирования HIFU-облучения в клинических условиях;
- разрабатываются излучатели, в том числе фазированные решетки, позволяющие достичь необходимых амплитуд ударного фронта в фокусе;
- исследуются физические механизмы воздействия на ткань при ее облучении ультразвуком с ударными фронтами;
- изучается влияние акустических свойств ткани на нелинейную фокусировку и параметры поля in situ;
- исследуются особенности акустической и МРТ-визуализации области воздействия;
- изучаются закономерности морфологических и ультраструктурных изменений ткани, вносимых ультразвуком.
Задачи LIMU
- Численная разработка новых ударно-волновых режимов HIFU
- Верификационные эксперименты на фантомах биотканей
- Разработка специализированных излучателей для конкретных клинических приложений
Деятельность
- численное моделирование
- эксперимент
- разработка излучателей
Контакты
Подробности
- в наших докладах:
- в нашей видеолекции
- в коротком видеоролике
- в статьях ниже
[1] Physical mechanisms of the therapeutic effect of ultrasound (a review) / M. R. Bailey, V. A. Khokhlova, O. A. Sapozhnikov et al. // Acoustical Physics. — 2003. — Vol. 49, no. 4. — P. 369–388. DOI: 10.1134/1.1591291
[2] The use of focused ultrasound beams with shocks to suppress diffusion effects in volumetric thermal ablation of biological tissue / P. A. Pestova, M. M. Karzova, P. V. Yuldashev, V. A. Khokhlova // Acoustical Physics. — 2023. — Vol. 69, no. 4. — P. 448–458. DOI: 10.1134/S1063771023600468
[3] High-intensity focused ultrasound: current potential and oncologic applications / T. J. Dubinsky, C. Cuevas, M. K. Dighe, O. Kolokythas, J. H. Hwang // AJR Am J Roentgenol. —2008. — Vol. 190, no. 1. — P. 191-199. DOI: 10.2214/AJR.07.2671
[4] Impact of the trajectory of treatment on the rate of thermal ablation and ablated volume of biological tissue irradiated by shockwave focused ultrasonic exposure / P. A. Pestova, P. V. Yuldashev, V. A. Khokhlova, M. M. Karzova // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. — 2024. — Vol. 88, no. 1. — P. 108–112. DOI: 10.1134/S1062873823705068
[5] Thermal ablation of biological tissue by sonicating discrete foci in a specified volume with a single wave burst with shocks / P. A. Pestova, P. V. Yuldashev, V. A. Khokhlova, M. M. Karzova // Acoustical Physics. — 2024. — Vol. 70, no. 3. — P. 434–443. DOI: 10.1134/S1063771024601663
[6] Comparative characterization of nonlinear ultrasound fields generated by Sonalleve V1 and V2 MR-HIFU systems / M. M. Karzova, W. Kreider, A. Partanen et al. // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. — 2023. — Vol. 70, no. 6. — P. 521–537. DOI: 10.1109/TUFFC.2023.3261420
[7] Accelerated thermal ablation of biological tissue volumes using HIFU beams with shock fronts / Y. S. Andriyakhina, M. M. Karzova, P. V. Yuldashev, V. A. Khokhlova // Acoustical Physics. — 2019. — Vol. 65, no. 2. — P. 141–150. DOI: 10.1134/S1063771019020015
[8] Nonlinear acoustics today / O. A. Sapozhnikov, V. A. Khokhlova, R. O. Cleveland et al. // Acoustics today. — 2019. — Vol. 15, no. 3. — P. 55–64. DOI: 10.1121/AT.2019.15.3.55
[9] Physical mechanisms of the therapeutic effect of ultrasound (a review) / M. R. Bailey, V. A. Khokhlova, O. A. Sapozhnikov et al. // Acoustical Physics. — 2003. — Vol. 49, no. 4. — P. 369–388. DOI: 10.1134/1.1591291