Однако этот метод имеет ограничения в значительной степени потому, что кости в теле отражают, преломляют, искажают и поглощают волны. Хотя большинство медицинских применений ультразвука могут работать с костными структурами, две части тела представляют особую сложность: печень (потому что она в основном ограничена грудной клеткой) и мозг (расположен внутри черепа).
Набор неинвазивных адаптивных методов фокусировки, которые позволяют фокусировать ультразвуковые лучи через грудную клетку и череп, будет описан на конференции Acoustics ’17 Boston, третьей совместной встрече Американского акустического общества и Европейской акустической ассоциации. проходил 25-29 июня в Бостоне, штат Массачусетс.Жан-Франсуа Обри, директор по исследованиям в CNRS (Национальный центр научных исследований Франции) и приглашенный доцент Университета Вирджинии объяснит, чем технология, лежащая в основе HIFU, похожа на оптическую линзу (например, увеличительное стекло). фокусирует свет. Однако здесь акустическая линза используется для фокусировки нескольких пучков ультразвуковых волн на интересующей области, например, на опухоли печени.
Лучи генерируются пьезоэлектрическими преобразователями или «элементами» — устройствами, преобразующими электрический ток в механическое напряжение.«Абляция [разрушение] опухоли может быть достигнута путем повышения температуры ткани в целевых областях до тех пор, пока не будет достигнут термический некроз — обычно путем нагревания тканей до 60 градусов Цельсия в течение 10 секунд», — сказал Обри. Кость, однако, имеет коэффициент поглощения, который в 10 раз выше, чем у мягких тканей, то есть кость поглощает звуковые волны в 10 раз эффективнее, чем мягкие ткани, и это может привести к перегреву ребер и даже серьезным ожогам. на вышележащей коже.Чтобы предотвратить это, Обри и его коллеги разработали неинвазивную технику «обращения времени», называемую методом DORT, который фокусирует ультразвуковые волны через ребра, используя возможности визуализации многоэлементного массива.
Сначала из каждого элемента массива излучается звуковой импульс, и регистрируются соответствующие отраженные назад эхо-сигналы от ребер. Анализируя обратное рассеяние от нескольких элементов, можно рассчитать форму ультразвукового луча, который будет воздействовать ультразвуком между ребрами, полностью избегая кости.Ультрасонография головного мозга осложняется тем, что кость черепа не только нагревается при воздействии ультразвукового луча, но и искажает этот луч, препятствуя его правильной фокусировке на целевой ткани.
Одним из решений является использование многоэлементных решеток в сочетании с компьютерной томографией (КТ) и магнитно-резонансной томографией (МРТ). Моделирование на основе компьютерной томографии позволяет оценить фазовые сдвиги, вызванные черепом, и массивы генерируют лучи, которые корректируют эти аберрации. МРТ используется для направления и мониторинга лечения.
Как расскажет Обри в своем выступлении, в настоящее время массивы с 1024 элементами используются для лечения эссенциального тремора, паркинсонического тремора и опухолей головного мозга.Хотя добавление все большего количества элементов к этим зондам может улучшить фокусировку сигнала, большее количество элементов также означает большую стоимость. Чтобы обойти это, Обри и его коллеги разработали и запатентовали транскраниальное фокусирующее устройство на основе линзы, в котором используется только один пьезоэлектрический преобразователь, покрытый трехмерной силиконовой акустической линзой переменной толщины. По его словам, этот элемент на основе линзы эквивалентен датчику на 11 000 элементов с точки зрения возможности формирования фазы.
Хотя она еще не используется в клинической практике, одноэлементная система может использоваться для приложений с низкой интенсивностью, таких как нейромодуляция (модуляция нейрональной активности) и для пробивания локализованных и обратимых отверстий в гематоэнцефалическом барьере; По словам Обри, с будущими модификациями система может быть использована для индукции некроза опухоли.