Ultrasonido focalizado

Una de las primeras aplicaciones de HIFU fue para la enfermedad de Parkinson en la década de 1940. Aunque ineficaz en ese momento, HIFU tiene la capacidad de lesionar la patología. El ultrasonido focalizado está aprobado en Israel, Canadá, Italia, Corea y Rusia para tratar el temblor esencial , ^{[ 9 ] el} dolor neuropático [ ^{10 ]} y el temblor parkinsoniano . ^{[ 11 ]} Este enfoque permite el tratamiento del cerebro sin incisiones ni radiación.

La aplicación de HIFU a los cánceres puede alterar el microambiente tumoral y desencadenar una respuesta inmune, así como posiblemente mejorar la eficacia de la inmunoterapia . ^{[ 12 ] [ 13 ]}

La histotripsia es una forma de HIFU no térmica para uso en el hígado que muestra cierto potencial terapéutico. ^{[ 21 ]} La histotripsia destruye mecánicamente el tejido a través de la cavitación . ^{[ 22 ]}

El ultrasonido focalizado puede utilizarse para disolver cálculos renales mediante litotricia .

El ultrasonido puede utilizarse para tratar las cataratas mediante facoemulsificación .

La temperatura del tejido en el foco puede aumentarse entre 65 y 85  °C. Esto induce necrosis coagulativa , destruyendo el tejido. El tejido calentado por encima de 60  °C durante más de 1 segundo sufre daños irreversibles. ^{[ 23 ]} Cada sonicación (deposición individual de energía ultrasónica) trata una porción de tejido definida con precisión. Múltiples sonicaciones cubren un área mayor, creando un volumen de material incompresible, como agua del grifo. ^{[ 24 ]}

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

con la integral sobre el tiempo de tratamiento, R=0,5 para temperaturas superiores a 43  °C y 0,25 para temperaturas entre 43  °C y 37  °C, una temperatura de referencia de 43  °C, y el tiempo T está en minutos. Las ecuaciones y los métodos representan una aproximación para la estimación de la dosis térmica en un material incompresible como el agua del grifo. ^{[ 25 ]}

Una onda acústica ultrasónica no puede propagarse a través de tejidos compresibles, como el caucho o los tejidos humanos. En ese caso, la energía ultrasónica se convierte en calor. Mediante haces focalizados, se puede lograr una pequeña región de calentamiento en profundidad en los tejidos (generalmente del orden de 2 a 3 mm). Los cambios en el tejido dependen de la sutil vibración del agua caliente en su interior y de la duración de este calentamiento, según la métrica de dosis térmica. Al enfocar en más de un punto o mediante escaneo, se puede ablacionar un volumen. ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]} Dosis térmicas de 120-240 min a 43  °C coagulan la proteína celular y provocan la destrucción irreversible del tejido.

El ultrasonido se puede enfocar de varias maneras, por ejemplo, mediante una lente (como una lente de poliestireno , un transductor de curva parabólica o un transductor de matriz de fase ). Esto se puede calcular utilizando un modelo exponencial de atenuación del ultrasonido . El perfil de intensidad del ultrasonido está limitado por una función exponencialmente decreciente, donde la disminución del ultrasonido es función de la distancia recorrida a través del tejido.

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

${\displaystyle I_{o}}$es la intensidad inicial del haz,${\displaystyle \alpha }$es el coeficiente de atenuación (en unidades de longitud inversa), y z es la distancia recorrida a través del medio atenuante (por ejemplo, tejido).

En este modelo ideal,${\displaystyle {\frac {-\partial I}{\partial \mathrm {z} }}=2\alpha I=Q}$^{[ 31 ]} es una medida de ladensidad de potenciadel calor absorbido del campo de ultrasonido. Esto demuestra que el calentamiento del tejido es proporcional a la intensidad, y que la intensidad es inversamente proporcional al área sobre la que se extiende un haz de ultrasonido. Por lo tanto, enfocar el haz con precisión o aumentar su intensidad genera un rápido aumento de temperatura en el punto focal.

El haz de ultrasonido se puede enfocar de varias maneras:

• Geométricamente, con una lente o con un transductor de forma esférica curvada .
• Electrónicamente, ajustando las fases relativas de los elementos en una matriz de transductores (una " matriz de fase "). Esto dirige el haz a diferentes ubicaciones. Se pueden corregir las aberraciones en el haz de ultrasonido debidas a las estructuras tisulares. Esto presupone que no hay reflexión, absorción ni difusión en el tejido intermedio. El ultrasonido en sí puede penetrar materiales incompresibles como el agua, pero los materiales compresibles como el aire, el caucho, el tejido humano, la grasa, las fibras, el hueso hueco y la fascia reflejan, absorben y difunden la energía.

El transductor más común es un transductor de enfoque cóncavo con apertura y distancia focal fijas. ^{[ 32 ]} Los transductores de matriz de fase se pueden usar con diferentes configuraciones (plana/en forma de cuenco). ^{[ 32 ]}

La terapia HIFU requiere una monitorización cuidadosa, por lo que generalmente se realiza junto con otras técnicas de imagen.

Las imágenes preoperatorias, como la tomografía computarizada (TC) y la resonancia magnética (RM) , se utilizan para identificar parámetros generales de la anatomía objetivo. Las imágenes en tiempo real proporcionan una localización y monitorización no invasivas, seguras y precisas. Se han utilizado tanto la RM como la ecografía médica . Estas técnicas se conocen respectivamente como cirugía ultrasónica focalizada guiada por resonancia magnética (MRgFUS) ^{[ 33 ] [ 34 ]} y cirugía ultrasónica focalizada guiada por ultrasonido (USgFUS) ^{[ 1 ] [ 35 ] .}

La MRgFUS es una técnica de imagen 3D. Ofrece un alto contraste de tejidos blandos y proporciona información sobre la temperatura, lo que permite monitorizar la ablación. Sin embargo, la baja velocidad de fotogramas limita su rendimiento en la obtención de imágenes en tiempo real, mientras que su elevado coste restringe su uso. ^{[ 36 ]}

USgFUS es una técnica de imagen 2D. Si bien no dispone de un sistema de medición cuantitativa de temperatura, sus ventajas, como la alta velocidad de fotogramas (hasta 1000 imágenes por segundo), el bajo coste y los mínimos efectos adversos para la salud, la hacen recomendable. El ultrasonido verifica la ventana acústica en tiempo real utilizando la misma modalidad que la terapia. ^{[ 37 ]} Esto implica que si la región objetivo no se visualiza mediante imágenes de ultrasonido antes y durante la terapia, es improbable que la terapia sea efectiva en esa región específica. ^{[ 37 ]} Además, los resultados del tratamiento pueden estimarse en tiempo real mediante la inspección visual de los cambios hiperecogénicos en las imágenes estándar en modo B. ^{[ 38 ]}