О компенсации дыхания при гистотрипсии

⚕ В высокорейтинговом журнале IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectric, and Frequency Control (Q1, IF 3.0) опубликованы наши исследования по компенсации дыхательных движений при неинвазивной хирургии методом гистотрипсии с кипением: «Respiratory motion effects and mitigation strategies on boiling histotripsy in porcine liver and kidney».

📖 С текстом публикации можно ознакомиться здесь.

Кратко:

Метод гистотрипсии с кипением (ГК), развиваемый в LIMU, является перспективным для чрескожного механического разрушения биоткани под УЗИ-контролем без необходимости разреза.

Проблема:
Движение органов при дыхании пациента снижает точность воздействия.

В статье сравнивались два метода учета дыхательных движений, основанные на УЗИ-отслеживании движения поверхности тела в осевом направлении по положению поверхности кожи:
🦾 1D-перемещение излучателя роборукой синхронно с кожей
🔇 отключение воздействия при смещении кожи, превышающем пороговое (на фазе вдоха)

В результате:
✔️ 1D-компенсация оказалась недостаточной для предотвращения внецелевого повреждения ткани в поперечном направлении
✔️ Благодаря синхронности дыхания во всех направлениях, отключение импульсов на фазе вдоха повысило точность воздействия

В будущем полученные результаты позволят обеспечить полноту и точность неинвазивных ГК-операций с учетом дыхания пациента.

Подробнее:

Гистотрипсия с кипением (ГК) - новый развивающийся метод, позволяющий неинвазивно (т.е. бесконтактно, без разреза) разрушать нежелательные биологические ткани в организме человека (например, опухоли) с помощью мощного фокусированного ультразвука (HIFU = high intensity focused ultrasound). Целевая ткань в фокусе превращается в жидкость как в «дистанционном блендере».

Метод гистотрипсии с кипением потенциально применим для бесконтактного механического разрушения опухолей - в том числе, в брюшной полости, например, в печени и почках.

Однако движение органов при дыхании пациента может снижать точность позиционирования фокуса и приводить к неполному разрушению целевого объема или повреждению окружающих здоровых тканей.

Для учета дыхательных движений при ГК-воздействии был предложен, например, метод синхронизации подачи ГК-импульсов с фазами дыхательного цикла, когда ткань относительно неподвижна (например, на фазе выдоха), что обычно отслеживается с помощью УЗИ.
При чрескожном ГК-воздействии ориентиром для отслеживания дыхания с помощью УЗИ может быть граница между согласующим слоем воды и поверхностью кожи.
Однако за счет периодического отключения энергии такой подход увеличивает время процедуры.

Другим способом учета дыхания является активная компенсация движения путем отслеживания смещения целевой ткани и механического перемещения ГК-излучателя, например, роботизированной рукой-манипулятором, или электронного смещения его фокуса путем фазировки его элементов.
В отличие от синхронизации воздействия с фазами выдоха, активная компенсация движения не увеличивает время процедуры, однако является более сложной в реализации.

В связи с этим, в статье сравнивалась эффективность этих двух методов учета дыхательного движения, основанных на 1D-отслеживании движения с помощью УЗИ, в процессе ГК-воздействия на ткани свиной печени и почек in vivo.

В результате было показано, что:
✔️ Из-за преобладания движения поперек оси ГК-пучка, компенсация движения только вдоль оси оказалась недостаточной для избежания внецелевого повреждения ткани поперек оси.
✔️ Отключение импульсов на вдохе, благодаря синхронности движений в обоих направлениях, повысило точность воздействия, при этом увеличив время процедуры всего на 24%.

Таким образом, синхронизация ГК-импульсов с фазой выдоха на основе УЗИ-отслеживания поверхности кожи является целесообразным подходом для ГК-воздействия в органах с выраженным трехмерным дыхательным движением и может быть полезна в дальнейшей клинической практике для обеспечения полноты и точности неинвазивных ГК-операций с учетом дыхания пациента.