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Gli ultrasuoni focalizzati ad alta intensità (HIFU) sono una terapia termica non invasiva in fase iniziale utilizzata per trattare una varietà di condizioni mediche, inclusi disturbi neurologici e alcuni tumori. Ora, i ricercatori della City University di Hong Kong hanno sviluppato un sistema HIFU basato su array che integra l’imaging a ultrasuoni (US) e fotoacustico (PA) in tempo reale per migliorare l’erogazione del trattamento. Il sistema fornisce informazioni sulla temperatura e strutturali con cui guidare la terapia, superando le precedenti sfide legate ai lunghi tempi di trattamento e alla guida delle immagini imprecisa o costosa.

HIFU offre i vantaggi di una penetrazione profonda, di una dimensione dello spot di ablazione controllabile e di un basso costo dell'hardware. Uno svantaggio principale sono però i tempi di trattamento spesso lunghi, dovuti a punti focali più piccoli della dimensione effettiva della zona da trattare e a profondità di messa a fuoco fisse. Una scansione meccanica prolungata può causare un disallineamento tra il punto di trattamento designato e l'effettivo focus HIFU. Per ridurre al minimo i danni ai tessuti sani circostanti, è fondamentale un controllo preciso e tempestivo della dose.

La combinazione dell'imaging ecografico con l'HIFU può fornire un monitoraggio in tempo reale a basso costo, ma si è rivelata inappropriata per l'uso clinico a causa dell'insufficiente sensibilità alla temperatura per guidare con precisione il trattamento HIFU. Il nuovo sistema, sviluppato da Yachao Zhang e Lidai Wang e descritto in Biomedical Optics Express, risolve molti problemi collegando il trasduttore di imaging PA/US e il trasduttore HIFU a un unico sistema di acquisizione dati e programmando l'imaging PA/US e la trasmissione HIFU in modo sincrono .

Il trasduttore HIFU basato su array ha un ampio range di sterzo dinamico sia nella direzione assiale (40 mm) che laterale (16 mm). I punti di trattamento vengono spostati elettronicamente regolando la mappa della fase di eccitazione, rendendo possibile il trattamento di più punti in modo relativamente veloce, a 15 s/punto. Zhang e Wang consigliano che, poiché il trasduttore HIFU multi-elemento può essere utilizzato anche per acquisire immagini ecografiche e allinearsi con il trasduttore di imaging in direzione assiale, è possibile evitare il noioso processo di calibrazione spaziale tra trasduttori terapeutici e diagnostici. L'applicatore HIFU seleziona automaticamente la regione di ablazione, in base al feedback delle immagini a doppia modalità.

Il nuovo sistema HIFU/PA/US è costituito da quattro componenti principali. Una sonda HIFU/imaging integra un trasduttore HIFU a 128 canali e un trasduttore di imaging lineare a schiera di fasi. Il sistema di acquisizione dati dispone di 256 canali, metà utilizzati per la terapia HIFU e l'altra metà per l'imaging PA/US. La configurazione include anche un sistema ottico, comprendente un laser oscillatore parametrico ottico sintonizzabile e un laser Nd: YAG Q-switched. Infine, l'unità di controllo include un controller di movimento per tradurre il campione e un controller di sequenza per sincronizzare la trasmissione HIFU, l'imaging PA ed US e il monitoraggio della temperatura basato su PA.

Per dimostrare l’ablazione dinamica multi-punto utilizzando il trasduttore HIFU, i ricercatori hanno progettato un modello di ablazione circolare con nove punti target e lo hanno utilizzato per ablare un fantasma di polidimetilsilossano (PDMS). Utilizzando le informazioni sulla posizione, il sistema HIFU ha ablato automaticamente ciascun punto per 15 s. Il modello di ablazione sul campione PDMS corrispondeva bene al progetto pianificato.

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I ricercatori hanno anche testato il sistema utilizzando tessuto fresco del petto di pollo. Hanno utilizzato la trasmissione HIFU sequenziale, l’imaging PA, la termometria PA e l’imaging US per visualizzare immagini a doppia modalità e registrare i cambiamenti di temperatura del punto target, verificando che il sistema possa monitorare i progressi della terapia HIFU in tempo reale. Gli esperimenti hanno convalidato la capacità di guida precisa e dinamica dell'ablazione HIFU e hanno dimostrato che le informazioni strutturali e funzionali generate da doppie immagini co-registrate possono posizionare con precisione la terapia HIFU e mantenere il controllo della dose.

"Grazie ai vantaggi dell'imaging multimodale e della terapia non invasiva, il sistema trimodale mostra ancora grandi prospettive nell'applicazione clinica", concludono Zhang e Wang.