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고강도 집속 초음파(HIFU)는 신경 질환 및 일부 암을 포함한 다양한 의학적 상태를 치료하는 데 사용되는 초기 단계의 비침습적 열 요법입니다. 이제 홍콩 시립 대학의 연구원들은 실시간 초음파(미국)와 광음향(PA) 이미징을 통합하여 치료 전달을 개선하는 어레이 기반 HIFU 시스템을 개발했습니다. 이 시스템은 치료를 안내하는 데 필요한 온도 및 구조적 정보를 제공하여 이전의 긴 치료 시간과 부정확하거나 비용이 많이 드는 이미지 안내 문제를 극복합니다.

HIFU는 깊은 침투, 제어 가능한 절제 지점 크기 및 낮은 하드웨어 비용이라는 이점을 제공합니다. 그러나 주요 단점은 치료 영역의 실제 크기보다 작은 초점 지점과 고정된 초점 깊이로 인해 치료 시간이 긴 경우가 많다는 것입니다. 기계적 스캐닝이 오래 걸리면 지정된 치료 지점과 실제 HIFU 초점 사이에 정렬이 잘못될 수 있습니다. 주변 건강한 조직의 손상을 최소화하려면 정확하고 시기적절한 용량 조절이 중요합니다.

초음파 영상과 HIFU를 결합하면 저렴한 비용으로 실시간 모니터링이 가능하지만 온도 민감도가 부족하여 HIFU 치료를 정확하게 안내할 수 없어 임상용으로는 부적절했습니다. Yachao Zhang과 Lidai Wang이 개발하고 Biomedical Optics Express에 설명된 새로운 시스템은 PA/US 이미징 변환기와 HIFU 변환기를 단일 데이터 수집 시스템에 연결하고 PA/US 이미징 및 HIFU 전송을 동시에 프로그래밍함으로써 많은 문제를 해결합니다. .

어레이 기반 HIFU 변환기는 축(40mm) 및 측면(16mm) 방향 모두에서 넓은 동적 조향 범위를 갖습니다. 치료 지점은 여기 위상 맵을 조정하여 전자적으로 이동하므로 여러 지점을 15초/스팟으로 비교적 빠르게 치료할 수 있습니다. Zhang과 Wang은 다중 요소 HIFU 변환기를 사용하여 초음파 이미지를 획득하고 영상 변환기와 축 방향으로 정렬할 수 있기 때문에 치료 변환기와 진단 변환기 사이의 지루한 공간 교정 과정을 피할 수 있다고 조언합니다. HIFU 어플리케이터는 듀얼 모드 이미지의 피드백을 기반으로 절제 영역을 자동으로 선택합니다.

새로운 HIFU/PA/US 시스템은 네 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다. HIFU/이미징 프로브는 128채널 HIFU 변환기와 선형 위상 배열 이미징 변환기를 통합합니다. 데이터 수집 시스템에는 256개의 채널이 있으며, 절반은 HIFU 치료에 사용되고 나머지 절반은 PA/US 이미징에 사용됩니다. 이 설정에는 조정 가능한 광 파라메트릭 발진기 레이저와 Q 스위치 Nd:YAG 레이저로 구성된 광학 시스템도 포함되어 있습니다. 마지막으로 제어 장치에는 샘플을 변환하는 모션 컨트롤러와 HIFU 전송, PA 및 US 이미징, PA 기반 온도 모니터링을 동기화하는 시퀀스 컨트롤러가 포함됩니다.

HIFU 변환기를 사용한 동적 다중 지점 절제를 시연하기 위해 연구원들은 9개의 표적 지점이 있는 원형 절제 패턴을 설계하고 이를 사용하여 폴리디메틸실록산(PDMS) 팬텀을 절제했습니다. 위치 정보를 사용하여 HIFU 시스템은 15초 동안 각 지점을 자동으로 절제했습니다. PDMS 샘플의 절제 패턴은 계획된 설계와 잘 일치했습니다.

집속초음파로 부작용 적어 전립선암 제어

연구원들은 또한 신선한 닭 가슴살 조직을 사용하여 시스템을 테스트했습니다. 그들은 순차적 HIFU 전송, PA 이미징, PA 온도 측정 및 US 이미징을 사용하여 듀얼 모드 이미지를 표시하고 목표 지점의 온도 변화를 기록하여 시스템이 HIFU 치료 진행 상황을 실시간으로 모니터링할 수 있음을 확인했습니다. 실험은 HIFU 절제의 정확하고 역동적인 조정 기능을 검증했으며 공동 등록된 이중 이미지에 의해 생성된 구조적 및 기능적 정보가 HIFU 치료법을 정확하게 배치하고 용량 제어를 유지할 수 있음을 입증했습니다.

Zhang과 Wang은 "다중 모드 영상화와 비침습적 치료의 장점으로 인해 삼중 모드 시스템은 여전히 ​​임상 적용에 있어 큰 전망을 보여주고 있습니다"라고 결론지었습니다.