الموجات فوق الصوتية المركزة

كان أحد التطبيقات الأولى للموجات فوق الصوتية المركزة عالية الكثافة (HIFU) لعلاج مرض باركنسون في أربعينيات القرن الماضي. ورغم عدم فعاليتها آنذاك، إلا أن هذه التقنية قادرة على إحداث تلف في الأنسجة. وقد تمت الموافقة على استخدام الموجات فوق الصوتية المركزة في إسرائيل وكندا وإيطاليا وكوريا وروسيا لعلاج الرعاش الأساسي ، ^{[ 9 ]} والألم العصبي ، ^{[ 10 ]} ورعاش باركنسون . ^{[ 11 ]} وتتيح هذه الطريقة علاج الدماغ دون جراحة أو تعريض للإشعاع.

يمكن أن يؤدي تطبيق تقنية الموجات فوق الصوتية المركزة عالية الكثافة (HIFU) على الأورام السرطانية إلى تعطيل البيئة الدقيقة للورم وتحفيز الاستجابة المناعية، فضلاً عن إمكانية تعزيز فعالية العلاج المناعي . ^{[ 12 ] [ 13 ]}

الهيستوتريبسي هو شكل من أشكال الموجات فوق الصوتية المركزة عالية الكثافة غير الحرارية المستخدمة على الكبد، وقد أظهر بعض الإمكانيات العلاجية. ^{[ 21 ]} يعمل الهيستوتريبسي على تدمير الأنسجة ميكانيكياً من خلال التجويف . ^{[ 22 ]}

يمكن استخدام الموجات فوق الصوتية المركزة لإذابة حصى الكلى عن طريق تفتيت الحصى .

يمكن استخدام الموجات فوق الصوتية لعلاج إعتام عدسة العين عن طريق استحلاب العدسة .

يمكن رفع درجة حرارة النسيج في موضع المعالجة إلى ما بين 65 و85  درجة مئوية. يؤدي ذلك إلى حدوث نخر تخثري ، مما يُدمر النسيج. أما النسيج الذي يُسخن فوق 60  درجة مئوية لأكثر من ثانية واحدة، فيتعرض لتلف لا رجعة فيه. ^{[ 23 ]} تعالج كل جلسة معالجة بالموجات فوق الصوتية (ترسيب طاقة الموجات فوق الصوتية بشكل فردي) جزءًا محددًا بدقة من النسيج. وتغطي جلسات المعالجة المتعددة مساحة أكبر، مما يُنشئ حجمًا من مادة غير قابلة للانضغاط، مثل ماء الصنبور. ^{[ 24 ]}

${\displaystyle {\mathit {CEM}}=\int _{t_{o}}^{t_{f}}R^{T_{\mathrm {reference} }-T}dt}$

باستخدام التكامل على مدى زمن المعالجة، R=0.5 لدرجات الحرارة التي تزيد عن 43  درجة مئوية و0.25 لدرجات الحرارة بين 43  درجة مئوية و37  درجة مئوية، مع درجة حرارة مرجعية تبلغ 43  درجة مئوية، والزمن T بالدقائق. تمثل المعادلات والأساليب نهجًا لتقدير الجرعة الحرارية في مادة غير قابلة للانضغاط مثل ماء الصنبور. ^{[ 25 ]}

لا تستطيع الموجات الصوتية فوق الصوتية اختراق الأنسجة القابلة للانضغاط، كالمطاط أو الأنسجة البشرية. في هذه الحالة، تتحول طاقة الموجات فوق الصوتية إلى حرارة. باستخدام حزم مركزة، يمكن تسخين منطقة صغيرة في عمق الأنسجة (عادةً ما بين 2 و3 ملم). تتغير الأنسجة تبعًا للاهتزاز الطفيف الناتج عن الماء الساخن داخلها، ومدة هذا التسخين وفقًا لمقياس الجرعة الحرارية. بالتركيز على أكثر من موضع أو بالمسح الضوئي، يمكن استئصال حجم معين. ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]} تؤدي الجرعات الحرارية التي تتراوح بين 120 و240 دقيقة عند 43  درجة مئوية إلى تخثر البروتين الخلوي وتدمير الأنسجة بشكل لا رجعة فيه.

يمكن تركيز الموجات فوق الصوتية بعدة طرق، منها استخدام عدسة (مثل عدسة البوليسترين ، أو محول طاقة ذو منحنى مكافئ ، أو مصفوفة طورية ). ويمكن حساب ذلك باستخدام نموذج أسي لتوهين الموجات فوق الصوتية . ويُحدد منحنى شدة الموجات فوق الصوتية بدالة تتناقص أُسّيًا، حيث يكون انخفاض شدة الموجات دالةً للمسافة التي تقطعها الموجات عبر الأنسجة.

${\displaystyle I=I_{o}{e}^{-2\alpha \mathrm {z} }}$

${\displaystyle I_{o}}$هي شدة الشعاع الأولية،${\displaystyle \alpha }$يمثل معامل التوهين (بوحدات الطول العكسي)، و z هي المسافة المقطوعة عبر الوسط المخفف (مثل الأنسجة).

في هذا النموذج المثالي،${\displaystyle {\frac {-\partial I}{\partial \mathrm {z} }}=2\alpha I=Q}$^{[ 31 ]} هو مقياس لكثافةالطاقةالحرارية الممتصة من مجال الموجات فوق الصوتية. وهذا يُظهر أن تسخين الأنسجة يتناسب طرديًا مع شدة الموجات، وأن شدة الموجات تتناسب عكسيًا مع المساحة التي ينتشر عليها شعاع الموجات فوق الصوتية. لذلك، فإن تركيز الشعاع بشكل ضيق أو زيادة شدته يُحدث ارتفاعًا سريعًا في درجة الحرارة عند نقطة التركيز.

يمكن تركيز شعاع الموجات فوق الصوتية بعدة طرق:

• هندسياً، باستخدام عدسة أو محول طاقة كروي منحني .
• إلكترونيًا، يتم ذلك عن طريق ضبط الأطوار النسبية لعناصر في مصفوفة من المحولات (مصفوفة طورية ). هذا يوجه الشعاع إلى مواقع مختلفة. ويمكن تصحيح التشوهات في شعاع الموجات فوق الصوتية الناتجة عن بنية الأنسجة. يفترض هذا عدم وجود انعكاس أو امتصاص أو انتشار في الأنسجة الوسيطة. يمكن للموجات فوق الصوتية نفسها اختراق المواد غير القابلة للانضغاط مثل الماء، لكن المواد القابلة للانضغاط مثل الهواء والمطاط والأنسجة البشرية والدهون والألياف والعظام المجوفة واللفافة تعكس الطاقة وتمتصها وتنشرها.

المحول الأكثر شيوعًا هو محول تركيز مقعر ذو فتحة ثابتة وبُعد بؤري ثابت. ^{[ 32 ]} يمكن استخدام محولات المصفوفة الطورية بترتيبات مختلفة (مسطحة/مقعرة). ^{[ 32 ]}

يتطلب العلاج بالموجات فوق الصوتية المركزة عالية الكثافة (HIFU) مراقبة دقيقة، ولذلك يتم إجراؤه عادةً بالتزامن مع تقنيات التصوير الأخرى.

تُستخدم تقنيات التصوير قبل الجراحة، مثل التصوير المقطعي المحوسب والتصوير بالرنين المغناطيسي ، لتحديد المعايير العامة للتشريح المستهدف. يوفر التصوير الفوري استهدافًا ومراقبةً آمنين ودقيقين وغير جراحيين. وقد استُخدم كل من التصوير بالرنين المغناطيسي والموجات فوق الصوتية الطبية . تُعرف هاتان التقنيتان على التوالي باسم جراحة الموجات فوق الصوتية المركزة الموجهة بالرنين المغناطيسي (MRgFUS) ^{[ 33 ] [ 34 ]} وجراحة الموجات فوق الصوتية المركزة الموجهة بالموجات فوق الصوتية (USgFUS) ^{[ 1 ] [ 35 ] .}

التصوير بالرنين المغناطيسي الموجه بالموجات فوق الصوتية المركزة (MRgFUS) هو تقنية تصوير ثلاثية الأبعاد. تتميز هذه التقنية بتباين عالٍ للأنسجة الرخوة وتوفر معلومات حول درجة الحرارة، مما يسمح بمراقبة عملية الاستئصال. مع ذلك، فإن انخفاض معدل الإطارات يجعل أداء هذه التقنية ضعيفًا في التصوير الفوري، بينما تحد التكاليف المرتفعة من استخدامها. ^{[ 36 ]}

تقنية التصوير بالموجات فوق الصوتية المركزة الموجهة بالموجات فوق الصوتية (USgFUS) هي تقنية تصوير ثنائية الأبعاد. ورغم عدم توفر نظام قياس كمي لدرجة الحرارة، إلا أن مزاياها، مثل معدل الإطارات العالي (حتى 1000 صورة في الثانية)، وانخفاض تكلفتها، وقلة آثارها الصحية الجانبية، تجعلها جديرة بالاهتمام. يتحقق التصوير بالموجات فوق الصوتية من النافذة الصوتية في الوقت الفعلي باستخدام نفس أسلوب العلاج. ^{[ 37 ]} وهذا يعني أنه إذا لم تُصوَّر المنطقة المستهدفة بالموجات فوق الصوتية قبل العلاج وأثناءه، فمن غير المرجح أن يكون العلاج فعالاً في تلك المنطقة تحديداً. ^{[ 37 ]} إضافةً إلى ذلك، يمكن تقدير نتائج العلاج في الوقت الفعلي من خلال الفحص البصري للتغيرات ذات الصدى العالي في صور الوضع B القياسية . ^{[ 38 ]}