فناوری اولتراسوند مبتنی بر کاتتر برای درمان حرارتی با هدایت تصویر: فناوری و کاربردهای فعلی

سونوگرافی مبتنی بر کاتتر (CBUS) برای ارائه درمان حرارتی کم تهاجمی به تومورهای سرطانی جامد، رشد بافت خوش‌خیم، بیماری‌های عروقی و بازسازی بافت استفاده می‌شود. در مقایسه با سایر روش‌های انرژی مورد استفاده در مداخلات جراحی مبتنی بر کاتتر، ویژگی‌های منحصربه‌فرد اولتراسوند منجر به تحویل انرژی مطابق و دقیق با گزینش‌پذیری بالا، زمان‌های درمان سریع و حجم‌های درمانی بزرگ‌تر می‌شود. در اینجا، یک بررسی مختصر از فناوری CBUS که در حال حاضر در مطالعات حیوانی و بالینی مورد استفاده قرار می‌گیرد یا برای کاربردهای آینده در حال توسعه است، ارائه می‌شود. دستگاه های CBUS به کاربردهای بینابینی، اندولومینال و اندوواسکولار/قلبی طبقه بندی شده اند. طرح‌های کاربردی اصلی، ارزیابی‌های خاص سایت و کاربردهای درمانی احتمالی به طور خلاصه مورد بحث قرار گرفته‌اند. تاکید ویژه بر مطالعات فرسایشی که شامل راهنمایی تصویر برای قرار دادن اپلیکاتور، نظارت بر درمان، کنترل بازخورد، و ارزیابی پس از عمل است، شده است. نمونه‌هایی از دستگاه‌های موجود در اینجا کل چرخه توسعه را از مطالعات طراحی مبتنی بر شبیه‌سازی اولیه تا اجرا در تحقیقات بالینی را در بر می‌گیرد. استفاده از CBUS تحت هدایت تصویری این پتانسیل را دارد که به طور قابل توجهی دقت و قابلیت اعمال درمان حرارتی را بهبود بخشد.

جهت مشاهده و خرید انواع دستگاه سونوگرافی کلیک کنید

درمان های حرارتی مبتنی بر انرژی در درمان های کم تهاجمی برای طیف گسترده ای از مداخلات پزشکی استفاده می شود. برخی از مناطق درمان هیجان انگیز عبارتند از تومورهای سرطان جامد، ناهنجاری های بافت خوش خیم، بازسازی و ترمیم بافت، استاز عروقی، زیبایی، کاربردهای قلبی عروقی و جراحی مغز. این بررسی پیشرفت‌های اخیر را در فناوری اولتراسوند مبتنی بر کاتتر (CBUS) برای هایپرترمی و فرسایش حرارتی گزارش می‌کند. روش‌های فرسایش حرارتی شامل رسوب حرارت موضعی برای رسیدن به دمای هدف 52 تا 100 درجه سانتی‌گراد برای مدت‌های کوتاه است که منجر به انعقاد غیرقابل برگشت، دناتوره‌سازی پروتئین، نکروز و در برخی موارد در نهایت جذب مجدد و بازسازی بافت تحت درمان می‌شود [1]. درمان هایپرترمی از افزایش دما بین 39 تا 45 درجه سانتی گراد برای مدت زمان معمول 30 تا 60 دقیقه استفاده می کند. هایپرترمی به عنوان مکملی برای پرتودرمانی و شیمی درمانی برای سرطان استفاده می شود. بهبود درمان را از طریق مکانیسم هایی مانند بهبود اکسیژن رسانی تومور، کاهش مقاومت در برابر اشعه سلول های تومور، ارائه بهتر شیمی درمانی و افزایش سمیت سلولی فراهم می کند.

دستگاه‌های پزشکی که از نظر بالینی برای انجام درمان حرارتی استفاده می‌شوند می‌توانند از چندین منبع انرژی مختلف مانند جریان‌های فرکانس رادیویی (RF)، امواج مایکروویو (MW)، لیزر، اولتراسوند و منابع هدایت حرارتی استفاده کنند. آنها از پیکربندی هایی تشکیل شده اند که برای قرار دادن بیرونی یا خارج بدنی، بینابینی یا پوستی، و اندولومینال یا درون حفره ای ساخته شده اند [1]. اولتراسوند (US) به عنوان یک روش انرژی مزایای متعددی را نسبت به سایر فناوری های رقیب ارائه می دهد. این شامل بهبود نفوذ انرژی برای درمان اهداف عمیق، طول موج‌های کوچک است که تمرکز بهتر را ممکن می‌سازد، و کنترل دقیق شکل و مکان رسوب انرژی [1، 3]. دستگاه های فراصوت متمرکز برون بدنی و داخل حفره ای (HIFU) تحت هدایت تصویری به طور فزاینده ای در درمان های فرسایشی استفاده می شوند [4] و مزایای انرژی اولتراسوند را نشان می دهند. اگرچه دقیق، فرسایش HIFU نیاز به انعقاد متوالی حجم های کوچک روی هم دارند تا به طور تجمعی یک هدف بزرگتر را درمان کند. این شامل چندین سونیکاسیون فردی کوتاه مدت و با قدرت بالا است. پوشش هدف از طریق ترجمه مکانیکی یا الکتریکی پرتو HIFU از طریق طراحی های پیچیده دستگاه به دست می آید. مدت زمان درمان طولانی است و حتی می تواند تا چند ساعت نیز افزایش یابد. به علاوه، درمان‌ها مستعد عوارض ناشی از حرکت in vivo و گرمایش میدان نزدیک هستند. به عنوان جایگزینی برای HIFU، دستگاه‌های CBUS مستقیماً در داخل یا در مجاورت هدف قرار می‌گیرند و می‌توانند حجم‌های پیوسته زیادی را منعقد کنند. اپلیکاتورها پس از استقرار به دستکاری کمتری نیاز دارند. درمان های معمولی ممکن است به 10 تا 30 دقیقه زمان گرمایش نیاز داشته باشند. روش‌های CBUS نسبت به HIFU خارجی تهاجمی‌تر هستند، اما به محلی‌سازی بهتر انرژی نیز منجر می‌شوند.

برای این بررسی، طبقه‌بندی دستگاه CBUS شامل اپلیکاتورهای بینابینی که مستقیماً در حجم هدف قرار می‌گیرند، دستگاه‌های اندولومینال که در لومن یا حفره‌های بدن قرار می‌گیرند و اپلیکاتورهای درون عروقی یا قلبی که از طریق یا درون رگ‌های خونی اصلی قرار می‌گیرند. اینها به ترتیب در بخش های 2 تا 4 گنجانده شده اند. این بخش ها شامل نمونه هایی از طراحی دستگاه و کاربردهای درمانی است. خلاصه ای از اعمال کننده های انتخاب شده CBUS، ویژگی های طراحی، عملکرد و استفاده بالینی آنها را می توان در جداول 1 تا 3 یافت. دستگاه های بررسی شده در اینجا دارای طرح هایی با مجموعه های مبدل هستند که بر روی کاتترهای کوچک نصب شده اند و از این رو اپلیکاتورهای بزرگ اولتراسوند اندورکتال مستثنی شده اند. برای اختصار، اپلیکاتورهای CBUS که قبلاً با روش‌های هدایت تصویر ادغام شده یا قابل استفاده با روش‌های هدایت تصویر هستند، در نظر گرفته می‌شوند. این بررسی از نمونه هایی از تحقیقات در حال انجام یا اخیر استفاده می کند. روش های مداخله ای هدایت تصویر مانند تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI)، ایالات متحده ، توموگرافی کامپیوتری (CT)  و ردیابی الکترومغناطیسی (EM)  در بخش 5. لازم به ذکر است که بسیاری از این تکنیک ها با موفقیت برای نظارت بر درمان حرارتی با روش های انرژی غیر از CBUS استفاده می شوند. بخش 6 چشم انداز آتی فناوری CBUS را در دانشگاه و صنعت خلاصه می کند.

2. CBUS بینابینی

2.1. مروری بر طرح های اعمال کننده بینابینی
طراحی معمولی اپلیکاتورهای اولتراسوند بینابینی شامل یک یا چند مبدل است که به شکل یک آرایه خطی در نوک یک محور نازک پشتیبان قرار گرفته اند. یک پیکربندی اپلیکاتور که در چندین تحقیق مورد استفاده قرار گرفته است از مبدل های لوله ای تشکیل شده است [1، 8-10]. لوله های مبدل را می توان به صورت طولی برای ایجاد بخش های زاویه ای مستقل، که به طور مستقل تغذیه می شوند، نمره گذاری کرد. این پیکربندی امکان رسوب کنترل شده توان در زاویه و طول را فراهم می کند. زوایای بخش می تواند بین 90 تا 360 درجه متفاوت باشد. یک اپلیکاتور دو طرفه را می توان با سیم کشی هر دو بخش 180 درجه متضاد ایجاد کرد. فرکانس‌های مبدل می‌توانند از 3 تا 10 مگاهرتز (اکثر دستگاه‌ها از 6 تا 8 مگاهرتز استفاده می‌کنند)، قطر بیرونی بین 1.5 تا 2.4 میلی‌متر، طول مبدل بین 5 تا 15 میلی‌متر و در مجموع 3 تا 4 قطعه مبدل متغیر است. آنها را می توان مستقیماً با خنک کننده داخلی به بافت جفت کرد یا در داخل یک کاتتر خنک کننده قرار داد.

در یک پیکربندی پیچیده تر، کنترل چرخشی الکترونیکی رسوب انرژی صوتی با یک دستگاه چند وجهی (نوک دیستال به شکل یک بلوک با 7 طرف) متشکل از چندین آرایه مبدل مسطح (56 عنصر، 6 مگاهرتز)، با کنترل مستقل به دست آمد. توان خروجی از هر چهره این دستگاه چند وجهی دارای قطر بیرونی 3.2 میلی متر، یک کانال خنک کننده یکپارچه است و در یک غلاف به قطر 4.8 میلی متر برای اتصال و برگشت جریان آب مستقر شده است. این طرح، و همچنین اعمال کننده های CBUS با عنصر لوله ای که قبلاً مورد بحث قرار گرفت، می تواند کنترل زاویه ای و محوری فرسایش را بدون دستکاری مکانیکی دستگاه به دست آورد، که می تواند هدایت MR را تسهیل کند و تحویل درمان را ساده کند.

جهت مشاهده و خرید انواع الکتروکوتر حرارتی کلیک کنید

اعمال کننده اولتراسوند بینابینی دو حالته نیز در مقالات گزارش شده است. آنها ممکن است در طراحی، ساخت و الزامات سخت افزاری پیچیده تر باشند، اما پتانسیلی را برای درمان هدایت شده تصویر در زمان واقعی با دستگاه مشابهی که برای هر دو کار مورد استفاده قرار می گیرد، ارائه می دهند، و امکان ثبت مشترک تقریباً کامل بین حجم تحت درمان و نظارت را فراهم می کند. یک طرح از یک آرایه خطی از 32 مبدل مستطیلی مسطح (3.1 یا 4.8 مگاهرتز، ابعاد آرایه: 2.3 × 49 mm2) تشکیل شده است. درمان توسط 16 عنصر مرکزی ارائه می شود و تصاویر حالت B با دیافراگم کامل 32 عنصری گرفته می شود. چرخه های کوتاه تصویربرداری به صورت دوره ای با سونیکاسیون درمانی درهم می آمیزند . این آرایه ابلایت تصویر برای قرار دادن از راه پوست و لاپاراسکوپی طراحی شده است و توسط یک بالون خنک کننده بیرونی خنک/کوپل شده است. طرح دیگری برای یک اپلیکاتور دو حالته (شکل 1b) از یک آرایه خطی 5 عنصری (5 تا 6 مگاهرتز) تشکیل شده است. درمان با استفاده از هر 5 عنصر ارائه شد. سونیکاسیون درمانی برای تصویربرداری با عنصر مرکزی متوقف شد. عنصر مرکزی در حالت پالس پژواک برای به دست آوردن داده های خط A عمل می کند. چرخه های درمانی و تصویربرداری در هم تنیده شدند. در حین تصویربرداری، اپلیکاتور با یک موتور سروو نوسان شد تا یک صفحه تصویربرداری 140 درجه را به صورت متعامد به محور اپلیکاتور بپوشاند. این طراحی از یک پیکربندی حالت دوگانه تک عنصری ساده تر اقتباس شده است.

2.2. محل های درمان: اعمال کننده های بینابینی

ستون فقرات
درمان کم تهاجمی ابلیشن برای کمردرد مزمن ممکن است شامل نکروز رشته های عصبی و انقباض کلاژن در نزدیکی دیواره حلقوی مهره باشد. مطالعاتی که معمولاً توسط RF یا گرمایش رسانا انجام می شود، امکان استفاده از اولتراسوند بینابینی را با اعمال کننده های لوله ای جهت دار نشان داده است. آزمایش‌ها در بخش‌های ستون فقرات جسد و گوسفند در داخل بدن توانایی هدف قرار دادن انتخابی هسته دیواره حلقوی، کوچک کردن کلاژن (قرار گرفتن در معرض دمای بالا > 70 درجه سانتی‌گراد) و حذف الیاف گیرنده درد (قرار گرفتن در معرض دمای پایین 52درجه سانتی گراد) را نشان داده‌اند. با حداقل تخریب پارامترهای مکانیکی و سلولی دیسک داخل مهره ای. ابلیشن in vivo تومورهای VX2 نخاعی یا پارا نخاعی در خرگوش ها نیز با استفاده از مبدل های مشابه نشان داده شد که در آن یک سوزن بیوپسی استخوان در مرکز تومور قرار داده شد و یک اپلیکاتور اولتراسوند بینابینی از طریق کانال مرکزی وارد شد. تخریب تومور از طریق رنگ آمیزی بافت شناسی شناسایی شد. شبیه سازی و مطالعات بافت خارج از بدن اخیرا گزارش شده است که در آن عملکرد چنین دستگاه های اولتراسوند بینابینی در طیف وسیعی از پارامترهای طراحی برای کشف گزینه های درمانی برای تومورها در مکان ها و اندازه های مختلف مشخص شده است. مطالعات مدل‌سازی خاص بیمار نیز برای بررسی استراتژی‌های ارائه درمان انجام شد و نشان داد که تعامل انرژی اولتراسوند با استخوان اطراف می‌تواند برای افزایش محلی‌سازی درمان استفاده شود.

کبد
اولتراسوند بین بافتی با مزایای ذاتی آن از نظر تحویل انرژی منطبق و پتانسیل برای حجم های درمانی بزرگتر، تمرکز چندین مطالعه برای توسعه روش هایی برای ابلیشن از راه پوست تومورهای بزرگ کبدی غیرقابل برداشت بوده است. این شامل مطالعات ابلیشن خارج از بدن، حیوانات درون تنیو مدل های تومور کاشته شده است. اعمال کننده های حالت دوگانه برای ابلیشن های هدایت شده توسط ایالات متحده استفاده شده است. مطالعات همچنین شامل استفاده از ایمپلنت‌های چند اپلیکاتور با دستگاه‌های مبدل لوله‌ای برای درمان منسجم حتی تحت قرار دادن مورب بوده است که مزایایی را نسبت به اعمال کننده‌های RF بینابینی و مایکروویو مشابه نشان می‌دهد.

بیماری های لگنی
از اپلیکاتورهای اولتراسوند بینابینی می توان برای ارائه درمان موضعی یا کانونی برای درمان سرطان پروستات استفاده کرد. امکان ابلیشن کانونی با اعمال کننده های مبدل لوله ای CBUS از طریق شبیه سازی های عددی و مطالعات حیوانی نشان داده شده است. نمونه ای از ابلیشن پروستات با اعمال کننده های CBUS از راه پوست در شکل 1c برای یک مدل سگ در داخل بدن نشان داده شده است. اپلیکاتورهای لوله ای مشابه CBUS در یک مطالعه آزمایشی بالینی برای ارائه هایپرترمی همراه با براکی تراپی HDR برای سرطان پیشرفته پروستات و دهانه رحم استفاده شد . همچنین، مطالعات مربوط به طرح درمان هایپرترمی و بهینه سازی با اعمال کننده لوله ای CBUS گزارش شده است. یکی دیگر از کاربردهای بالقوه درمان فیبروم های بزرگ رحمی است. مطالعات اولیه انجام شده بر روی فیبروم انسانی که با جراحی برداشته شده بود، توانایی برداشتن قطرهای نزدیک به 4 سانتی‌متر و حجم‌های بیشتر از 45 سانتی‌متر مکعب را در کمتر از 15 دقیقه با یک سوزن نشان داد.

مغز
امکان ابلیشن تومورهای مغزی با اولتراسوند بینابینی تحت هدایت MR از طریق مدل های سگ در داخل بدن با تومورهای مقاربتی قابل انتقال کاشته شده در مغز نشان داده شد (شکل 1d). اپلیکاتورهای بینابینی لوله ای جهت دار (7.1 - 8.15 مگاهرتز، 1.8-2.4 میلی متر OD) با خنک کننده داخلی و خنک کننده کاتتر یکپارچه برای نشان دادن انعقاد حرارتی جهت دار تومورها و ایجاد دوز حرارتی کشنده 50 دقیقه معادل در دمای 43 درجه سانتی گراد در بافت مغز مورد استفاده قرار گرفتند. نکروز ابلاتیو در حجم های 1.5 - 4.0 سانتی متر مکعب، با تطابق خوبی بین یافته های بافت شناسی و دوز حرارتی کشنده مشاهده شد. فرسایش کنترل‌شده بافت مغز نیز با استفاده از اعمال کننده‌های بینابینی چند وجهی در آزمایش‌های ex vivo نشان داده شد. در یک مطالعه اخیر با هدف نشان دادن امکان سنجی اولیه، یک اپلیکاتور اندولومینال دوار OD 6 میلی متری به صورت بینابینی در داخل مغز خوک در داخل بدن قرار داده شد تا ابلیشن را انجام دهد و عملکرد کلی را تحت کنترل بازخورد دماسنج MR ارزیابی کند، که درجه بالایی از تحویل منسجم را نشان می دهد.

3. CBUS اندولومینال

3.1. مروری بر طرح های اپلیکاتور اندولومینال
دستگاه های اندولومینال برای قرار دادن در حفره ها و مجراهای بدن مانند دستگاه گوارش (GI)، مری یا دستگاه تناسلی-ادراری (GU) طراحی شده اند. معمولاً آنها می توانند از نظر اندازه بزرگتر از اعمال کننده های بینابینی باشند و می توانند بر روی کاتترهای انعطاف پذیر یا قابل هدایت یا بر روی شفت های سفت بسته به کاربرد قرار گیرند. ردپای بزرگتر امکان استفاده از عناصر مبدل چندگانه، گاهی اوقات به شکل آرایه های فازی را فراهم می کند. بر خلاف دستگاه های بینابینی، آنها مستقیماً در داخل تومور قرار نمی گیرند، بلکه در مجاورت یا نزدیک به هدف قرار می گیرند. این استراتژی تحویل همچنین مستلزم کوپلینگ موثر و خنک‌سازی برای اطمینان از تحویل انرژی صوتی کافی به هدف با حداقل رسوب حرارتی در بافت مداخله‌گر است.

اپلیکاتورهای اولتراسوند مبتنی بر کاتتر از طریق مجرای ادرار برای درمان بیماری های پروستات ابداع شده اند. یک طرح CBUS شامل مبدل‌های لوله‌ای بزرگ (PZT4-8، 6-8 مگاهرتز، 2.5-3.5 میلی‌متر قطر بیرونی، بخش‌هایی به طول 6-10 میلی‌متر) است که در داخل یک بالون خنک‌کننده قرار گرفته و به Pebax چند لومنی طراحی‌شده سفارشی متصل است. کاتترهای پلیمری درجه پزشکی (4-6 میلی متر OD). بدنه کاتتر دارای کانال هایی برای جریان آب، خطوط تغذیه برق RF و سیم کشی برای هر سیم پیچ ردیابی فعال MRI است (که در محلی سازی دستگاه استفاده می شود). بسته به کاربرد، طرح های اپلیکاتور شامل یک بخش فعال 90 درجه یا 180 درجه، یا دو بخش فعال 120 درجه هر کدام بودند. طرح معمولی شامل دو یا سه لوله مبدل 6 تا 10 میلی متری بود. انتهای انتهایی اپلیکاتور دارای یک بالون قابل انبساط C-flex برای قفل کردن دستگاه در گردن مثانه بود. دستگاه ها به گونه ای طراحی شدند که با محیط MRI سازگار باشند. این پیکربندی کلی مجموعه مبدل همچنین برای ایجاد یک اپلیکاتور اندوسرویکال با بخش های 360 درجه، 2×180 درجه و 3×120 درجه که از داخل یک کاتتر PET سفت و سخت به بافت کوپل شده است، اقتباس شده است. یک مجموعه کاتتر مشابه نیز برای اعمال کننده‌هایی با مبدل‌های مستطیلی یا منحنی مسطح (با تمرکز ملایم) استفاده شد، که می‌توانستند به‌طور متوالی با یک موتور پله‌ای سازگار با MR چرخانده شوند تا حجم‌های ابلیشن منسجم بزرگ‌تری تولید کنند.

طرح دیگر، همچنین برای درمان ترانس پیشابراه، شامل یک یا چند مبدل مسطح مستطیلی (8 تا 9 مگاهرتز) است که روی یک محور برنجی سفت و سخت نصب شده و به یک موتور چرخشی و سیستم موقعیت یابی متصل شده است. آب خنک کننده از طریق اپلیکاتور به گردش در می آید. و روی مبدل هایی که با یک محفظه پلاستیکی و غشای پلی استر پوشانده شده اند که به عنوان یک پنجره صوتی عمل می کند. پیکربندی مشابه همچنین از مبدل های چند فرکانسی استفاده می کند که با افزودن لایه های تطبیق با امپدانس بالا به یک کریستال مبدل PZT ایجاد می شود که آن را قادر می سازد به طور موثر در دو فرکانس مجزا تشدید می شود. عمق درمان را می توان با تغییر فرکانس کاری تغییر داد که به نوبه خود نفوذ اولتراسوند را کنترل می کند. چنین اعمال کننده ها همچنین می توانند مبدل های مسطح متعددی داشته باشند که روی یک محور صلب به شکل آرایه خطی مرتب شده اند. مبدل معمولی. عرض 4-5 میلی متر و قطر کلی اپلیکاتور ~6.4 میلی متر است. طراحی مشابه با یک عنصر مبدل منفرد (10.6 مگاهرتز، (6× 10 میلی متر مربع) نیز توسط لافون و همکاران گزارش شده است.

چندین دستگاه برای دسترسی از طریق مری در مقالات گزارش شده است. برخی دارای یک عنصر مبدل منفرد مسطح یا منحنی (2 تا 10 مگاهرتز)، بادکنک‌های جفت‌گیر ضدآب و شفت‌های انعطاف‌پذیر برای کنترل چرخش هستند. شبیه سازی و مطالعات اولیه برای دستگاه های آرایه فازی برای چنین اعمال کننده ها گزارش شده است. برخی از این طرح ها همچنین دارای سیم پیچ های تصویربرداری MR یکپارچه یا پروب های تصویربرداری اولتراسوند هستند.

3.2. محل درمان: اپلیکاتورهای اندولومینال
بیماری لگن
سونوگرافی اندولومینال برای ابلیشن پروستات از طریق مجرای ادراری استفاده شده است (شکل 2a, b). چنین اپلیکاتورهای ترانس پیشابراه برای درمان سرطان پروستات کانونی یا برای درمان هیپرپلازی خوش خیم پروستات (BPH) ساخته شده اند. این ممکن است از طریق جارو کردن چرخشی دستگاه‌ها با مبدل‌های مسطح یا منحنی، یا دستگاه‌های ثابت با مبدل‌های لوله‌ای بخش‌دار به دست آید. شبیه‌سازی و آزمایش‌های اولیه برون تنی، مدل‌های حیوانی در داخل بدن، و موارد بالینی در ادبیات توصیف شده‌اند و اجرای موفقیت‌آمیز این را نشان می‌دهند. تکنیک فرسایش فرسایش موضعی در ناحیه انتقال نیز در یک مدل سگ در داخل بدن با اعمال کننده لوله‌ای تقسیم‌بندی شده به عنوان یک گزینه درمانی بالقوه برای BPH نشان داده شده است. اپلیکاتورهای توبولار آندوسرویکال با موفقیت برای انتقال هیپرترمی به تومورهای دهانه رحم به عنوان یک درمان کمکی برای رادیوتراپی مورد استفاده قرار گرفته اند (شکل 2c). در طول یک مطالعه آزمایشی هیپرترمی بالینی، اپلیکاتورهای اولتراسوند چندبخشی از طریق یک کاتتر پشت سر هم قرار داده شده در دهانه رحم برای روش های براکی تراپی استفاده شدند.

ابلیشن از طریق دستگاه گوارش
فرسایش اهداف از طریق مری برای درمان تومورهای مری از طریق خوک در داخل بدن و مطالعات بالینی آزمایشی نشان داده شد. یک مطالعه آزمایشی 4 بیمار برای ابلیشن تومورها در مری با اپلیکاتور ترانس مری گزارش شده است و امکان ایجاد ضایعات فرسایشی بسیار مشخص در مری نشان داده شده است. فرسایش کبد با استفاده از سونوگرافی ترانس معده نیز در مدل‌های خوکی با استفاده از دستگاه آندوسکوپی در داخل بدن نشان داده شد و امکان ایجاد ضایعات کوچک در کبد وجود داشت. فرسایش داخل مجاری تومورها در دستگاه گوارش و مجرای صفراوی در مدل‌های خوکی مورد مطالعه قرار گرفته است که در آن دستگاه‌هایی با قطر کوچک (3.8 تا 4 میلی‌متر) در کانال‌های کاری آندوسکوپ‌ها مستقر شده‌اند. علاوه بر این، دستگاه های ترانس مری برای فرسایش هدفمند دهلیز چپ برای درمان فیبریلاسیون دهلیزی طراحی شده اند (شکل 2d). برخی از مطالعات اخیر شامل مدل‌های خوکی in vivo با فرسایش میوکارد دهلیزی و بطنی [72]، قلب خوک  vivo، و شبیه‌سازی و طراحی دستگاه است.

4. اندوواسکولار و CBUS قلبی

4.1. مروری بر طرح های اپلیکاتور اندوواسکولار
بسیاری از پیکربندی‌های کلی دستگاه که در بخش‌های قبلی مورد بحث قرار گرفت، برای کاربردهای درون عروقی و قلبی اتخاذ شده‌اند. در اینجا، CBUS اندوواسکولار به دستگاه هایی اشاره دارد که مستقیماً در داخل رگ های خونی قرار می گیرند تا ساختارهای مجاور یا اطراف را هدف قرار دهند. در مداخلات معمولی، چنین وسایلی از طریق غلاف‌های کاتتر قابل هدایت و معرفی‌کننده‌هایی که خود به صورت از راه پوست برای دسترسی به سیستم عروقی قرار می‌گیرند، مستقر می‌شوند. این اپلیکاتورها دارای لومن برای قرار دادن سیم های راهنما هستند که امکان پیشروی و موقعیت یابی بیش از حد سیم را فراهم می کند. مشابه برخی از طرح‌هایی که قبلاً مورد بحث قرار گرفت، این اپلیکاتورها همچنین دارای بالون‌ها یا غلاف‌های کوپلینگ/خنک‌کننده و در صورت لزوم برای این کاربرد، بدنه‌های دستگاه انعطاف‌پذیر و قابل هدایت هستند.

اپلیکاتورهای قبلی CBUS برای ابلیشن اندوکارد شامل رادیاتورهای لوله‌ای یا مسطح منفرد بود که بر روی کاتتر دیستال نصب می‌شدند، با نسخه‌های بعدی شامل یک بالون خنک‌کننده سیلیکونی قابل گسترش و طراحی کاتتر برای قرار دادن روی سیم در وریدهای ریوی (PV) برای محیطی. فرسایش. با پیشرفت این طرح، یک بالون بازتابنده سهموی با یک لایه پر از گاز جزئی برای تولید یک الگوی فرسایشی حلقوی نوک از PZT لوله‌ای برای هدف قرار دادن بهتر PV استفاده شد. این دستگاه دارای نوک انحرافی برای بهبود مانور است و می تواند از داخل یک کاتتر 8 فرانسوی قرار گیرد. در ادبیات به این وسایل HIFU-BC (برای کاتتر بالون HIFU) نیز گفته می شود. یک کاتتر با یک آرایه فازی مسطح جلویی در نوک، آرایه فازی 2 بعدی 112 عنصری (5 مگاهرتز)، که از داخل یک کاتتر 12 فرانسوی مستقر شده است برای فرسایش میوکارد گزارش شده است.

دستگاه‌های اندوواسکولار با مبدل‌های لوله‌ای منفرد در نوک آن نیز کاربردهایی در عصب‌کشی کلیه پیدا کرده‌اند. طراحی دستگاه شامل یک مبدل لوله‌ای منفرد (تقریباً 9 مگاهرتز، طول 6 میلی‌متر) است که در مرکز یک بالون شفاف صوتی برای خنک کردن و جفت شدن انرژی صوتی قرار دارد. این برای قرار دادن روی سیم راهنما از طریق یک کاتتر 6 فرانسوی طراحی شده است و می تواند از طریق یک دسترسی فمورال به شریان کلیوی هدایت شود.

4.2. مکان های درمان: اپلیکاتورهای اندوواسکولار
قلبی
برخی از دستگاه های اندوواسکولار نیز برای درمان فیبریلاسیون دهلیزی (AF) استفاده شده است. یکی از درمان‌های ممکن شامل برداشتن ماهیچه‌های نازک و مسیرهای عصبی اطراف استیوم ورید ریوی به روشی محیطی است (شکل 3). مطالعات این روش را در مدل های سگ و در بیماران گزارش کرده اند. اپلیکاتورها از طریق سپتوم وارد شده و در نزدیکی استیوم ورید ریوی قرار می گیرند تا این ابلیشن ها را انجام دهند. یک مطالعه مدل سگ گزارش می‌دهد که ابلیشن‌ها با استفاده از اپلیکاتور انعکاسی سهموی که قبلاً بحث شد (بخش 4.1) با موفقیت انجام شد. زمان درمان 60 تا 90 ثانیه در 40 وات توان اعمالی بود. مطالعات بالینی با چنین دستگاه های CBUS انجام شده است. درمان AF در برخی از بیماران نشان داده شد. هیچ شواهدی از تنگی PV شناسایی نشد، اما عوارض جانبی قابل توجهی از جمله آسیب به مری و عصب فرنیک گزارش شد. با توجه به ابلیشن ورید ریوی، افزایش نفوذ انرژی اولتراسوند از طریق ناحیه هدف نازک PV و نزدیکی ساختارهای بافت حساس حساس، همراه با فقدان هدایت تصویری یا نظارت در زمان واقعی درمان، منجر به ایمنی جدی می‌شود. مشکلات، و منع استفاده بالینی از این رویکرد است.

مطالعات متعددی وجود دارد که از روش Cox-Maze برای درمان فیبریلاسیون دهلیزی با استفاده از دستگاه‌های تجاری استفاده می‌کند. در برخی از این مطالعات، یک کاتتر شفاف آکوستیک انعطاف پذیر به دنبال استرنوتومی در فضای پریکارد قرار داده می شود و سپس این کاتتر با جابجایی وریدهای ریوی به دور دهلیز پیچیده می شود. سپس کاتتر در اطراف قلب بسته می شود و یک مبدل HIFU از طریق لوله کاتتر توخالی برای ایجاد ضایعات در عضله قلب پیش می رود. این یک روش اپی کاردیال باز است و از نظر فنی از کاتتر CBUS اندوواسکولار استفاده نمی کند، اما برخی از مطالعات برای کامل بودن در اینجا گنجانده شده است.

عروق کلیوی
بیش فعالی سیستم عصبی سمپاتیک می تواند عاملی برای افزایش فشار خون مقاوم به دارو باشد. فرسایش حرارتی اعصاب اطراف شریان کلیوی یک درمان بالقوه است که اخیراً با استفاده از کاتترهای فرسایشی RF و رویکردهای HIFU خارجی کشش یافته است. شور و اشتیاق برای این روش اخیراً به دلیل یک کارآزمایی تصادفی شده اخیر کاهش یافته است که کاهش قابل توجهی در فشار خون با استفاده از دستگاه ابلیشن Symplicity RF نشان نداد. لازم به ذکر است که روش کاتتر RF به طور قابل توجهی نفوذ نمی کند و تنها 4-6 ضایعه حرارتی غیر پیوسته در اطراف شریان کلیوی ایجاد می کند. این به احتمال زیاد از تخریب کامل اعصاب سمپاتیک جلوگیری می کند. مطالعات اخیر این روش را با استفاده از اپلیکاتورهای کوچک CBUS اندوواسکولار، طراحی شده برای قرار گرفتن در داخل شریان کلیوی دیستال با باد کردن یک بالون خنک‌شده با آب قابل انبساط گزارش کرده‌اند. شکل 4 یک اپلیکاتور عصب کشی کلیه و الگوی انعقادی محیطی را در فانتوم بافت نشان می دهد. یک مطالعه دقیق در داخل بدن خوکی برای توصیف عملکرد اپلیکاتورهای CBUS در ترکیب‌های مختلف قرار گرفتن در معرض انرژی-زمان گزارش شده است. فرسایش محیطی اعصاب و بافت اطراف شریان کلیوی با موفقیت نشان داده شد در حالی که از خود شریان کلیوی در امان بود. در یک مطالعه بالینی آزمایشی، اپلیکاتور در داخل شریان کلیوی از طریق یک دسترسی استاندارد فمورال قرار داده شد. 50 ثانیه ابلیشن طولانی در 25 تا 30 وات در سه محل از شریان کلیوی دیستال در 11 بیمار انجام شد. بیماران از نظر آماری کاهش قابل توجهی در فشار خون نشان دادند که در سه ماه پیگیری ادامه یافت. الگوهای گرمایش محیطی و نافذ CBUS در این برنامه مزایای قابل توجهی نسبت به دستگاه های RF در حال حاضر دارد.

5. راهنمای تصویر

دستگاه های CBUS گزارش شده در اینجا با موفقیت با روش های تصویربرداری رادیولوژیکی مانند MRI، US و CT/Fluoroscopy ادغام شده اند تا درمان حرارتی هدایت شده با تصویر را نشان دهند. هر یک از این روش ها را می توان برای مکان یابی هدف و قرار دادن دستگاه استفاده کرد. US و MRI همچنین برای ردیابی پیشرفت فرسایش در زمان واقعی و برای ارزیابی آسیب پس از درمان استفاده شده است. جزئیات بیشتر مطالعات نماینده در ادامه آورده شده است.

سی تی یا فلوروسکوپی یک روش تصویربرداری موثر برای قرار دادن کاتترهای اولتراسوند بینابینی است و در مطالعاتی که بر روی درمان های نزدیک ستون فقرات تمرکز دارند استفاده شده است. تصاویر سی تی ایمپلنت های براکی تراپی نیز برای برنامه ریزی هایپرترمی CBUS بینابینی اعمال شده از طریق کاتترهای کاشته شده استفاده می شود. روش‌های ردیابی الکترومغناطیسی با CT پرتو مخروطی برای هدایت قرار دادن سوزن برای فرسایش اولتراسوند بینابینی ادغام شده‌اند. برای کاربردهای اندوواسکولار، فلوروسکوپی و CT اغلب برای قرار دادن اپلیکاتورهای فرسایش با استفاده از تکنیک های استاندارد آنژیوگرافی در قلب و کلیه ها استفاده می شود.

هدایت تصویر اولتراسوند برای نظارت بر انعقاد بافت و قرار دادن پروب های CBUS اعمال شده است. انعقاد بافت را می توان با شناسایی تغییرات در اکوژنیسیته، سیگنال های داپلر، پس پراکندگی، سفتی و همبستگی اکو نظارت کرد. تصویربرداری ایالات متحده نیز با موفقیت برای هدایت و موقعیت یابی دستگاه های CBUS بینابینی اجرا شده است. به عنوان مثال، US endorectal می تواند برای کاشت کاتتر برای هایپرترمی ایالات متحده به پروستات استفاده شود، و پروب های US 3D در قرار دادن اعمال کننده های CBUS با قابلیت هدایت مکانیکی استفاده شده است. برخی از تلاش‌های اخیر ردیابی الکترومغناطیسی را با تصویربرداری ایالات متحده ترکیب کرده‌اند تا موقعیت اپلیکاتور را با آناتومی برای قرارگیری رباتیک بالقوه ثبت کنند. روش‌های فرسایش آندوسکوپی با هدایت اولتراسوند برای فرسایش بالینی تومور مری و در مطالعات فرسایش کبد گزارش شده است. توسعه فناوری مشابهی برای فرسایش قلب از طریق مری با یک مبدل تصویربرداری متمرکز و یکپارچه در آرایه درمانی برای محلی سازی هدف هدایت شده توسط ایالات متحده انجام شد. تلاش‌هایی برای استفاده از تصویربرداری اولتراسوند درون قلب برای هدایت روش‌های فرسایش حرارتی مبتنی بر RF برای درمان فیبریلاسیون دهلیزی انجام شده است، که ممکن است پتانسیل هدایت CBUS را نیز داشته باشد.

CBUS هدایت‌شده با MR شامل دماسنج MR با تصویربرداری تغییر رزونانس پروتون، کنترل بازخورد مبتنی بر دما در زمان واقعی، و ارزیابی آسیب پس از فرسایش از طریق تصویربرداری با کنتراست افزایش یافته است. به طور خاص، تصویربرداری دمای( MR MRTI) که یک ابزار ارزشمند در ترجمه بالینی فناوری فرسایش HIFU بوده است، همچنین کاربردهایی در نظارت بر درمان CBUS پیدا کرده است. و مدل های خوک در داخل بدن. همچنین برای نظارت بر ابلیشن های in vivo در کبد خوک و پروستات سگ گزارش شده است. چندین نمونه از اجرای موفقیت آمیز ابلیشن CBUS پروستات از طریق مجرای ادرار با چند MRTI مبتنی بر PRFS مسطح در ادبیات گزارش شده است. مطالعات جانبی مربوط به تصویربرداری با وزن انتشار و اصلاح تکنیک های MR برای جبران حرکت نیز منجر شده است. از کارهای مشابه. تکنیک های دماسنجی MR نیز برای نظارت بر فرسایش آندوسکوپی تومورهای کبد و پانکراس مورد بررسی قرار گرفته است. کنترل بازخورد مبتنی بر MRTI با استفاده از طرح هایی مانند انتگرال متناسب نشان داده شده است. و کنترل کننده های خود تنظیم و پیش بینی کننده قوی . ادغام MRTI با کنترل فضایی و قابلیت‌های گرمایش منسجم CBUS نویدبخش ارائه درمان‌های حرارتی دقیق و دقیق تحت کنترل درمان بلادرنگ است. با این حال، MRTI برای روش‌های CBUS در مقایسه با HIFU با هدایت MR می‌تواند چالش‌برانگیزتر باشد. تصویربرداری دمای MR می‌تواند به مصنوعات حساسیت از خود دستگاه‌های درج شده، حرکت اندام‌ها یا نواحی هدف در طول تنفس یا چرخه قلبی، ارگان‌های مجاور یا گاز (ریه، روده) که باعث ایجاد آرتیفکت حساسیت می‌شود، یا رانش فاز در طول زمان‌های طولانی‌تر پروسه حساس باشد. بررسی‌های اخیر که در بالا توضیح داده شد نشان داده است که مصنوعات تولید شده از خود دستگاه‌ها را می‌توان با انتخاب مناسب مواد سازگار با MR و تکنیک‌های ساخت به حداقل رساند، به طوری که مناطق نزدیک به 1-3 میلی‌متر از اپلیکاتور که تا مرز تصفیه بیرونی گسترش می‌یابد می‌توانند به طور مؤثری انجام شوند. تحت نظارت. خطاهای مربوط به حرکت بافت را می توان از طریق تصویربرداری چند پایه یا چند مرجع جبران کرد. خطاهای رانش فاز پس زمینه یا پایه را می توان با ردیابی تغییرات فاز در خارج از منطقه گرم جبران کرد. به عنوان مثال، نشان داده شده است که این رویکردها برای روش های CBUS 10-30 دقیقه در داخل بدن و در فرسایش پروستات بالینی دقیق هستند. استراتژی‌های طولانی‌مدت MRTI برای هیپرترمی طولانی‌مدت لگن با منابع گرمایش الکترومغناطیسی و فرسایش بالینی RF کبد مورد بررسی قرار گرفته‌اند، و می‌توان به آسانی برای هیپرترمی CBUS و فرسایش‌های طولانی‌تر تطبیق داد. در برخی از مناطق هدف، حرکت اندام در طول چرخه تنفسی می تواند توسط قرارگیری فیزیکی و محدودیت اعمال کننده(های) CBUS، که می تواند هدف گیری را از داخل یا مجاور هدف حفظ کرده و از خطاهای MRTI جلوگیری کند، محدود شود. با این حال، در موقعیت‌هایی که حرکت قابل توجه باقی می‌ماند، دریچه تنفسی اکتساب MRTI و احتمالاً حبس نفس باید در نظر گرفته شود، مانند مواردی که در حال حاضر برای HIFU اهداف در کبد یا پانکراس انجام می‌شود که تحت جابجایی قابل‌توجهی قرار می‌گیرند. وجود گاز در اندام‌هایی مانند روده، رکتوم یا ریه‌ها نیز می‌تواند منجر به تغییر در حساسیت مغناطیسی موضعی شود و کیفیت MRTI را در طول روش‌های CBUS مختل کند. تکنیک‌های جدید فیلتر فضایی-زمانی برای توضیح تغییرات حساسیت ناشی از حرکت حباب‌های هوا در راست روده توسعه می‌یابند.

6. نگاه کردن به آینده

به طور کلی، فناوری CBUS مزایای زیادی نسبت به روش‌های انرژی جایگزین دارد که مهم‌ترین آنها توانایی اولتراسوند برای تأمین هزینه قرار دادن انرژی سفارشی و کنترل‌شده فضایی است. علاوه بر این، CBUS با بسیاری از تکنیک های هدایت تصویر و نظارت موجود سازگار است. توسعه، پیاده سازی بالینی و تجاری سازی دستگاه های CBUS خاص سایت و بیماری همچنان چالش برانگیز است. با این حال، فناوری CBUS در موسسات تحقیقاتی دانشگاهی و نهادهای تجاری در حال توسعه بوده یا در حال توسعه است. برخی از نمونه‌های دستگاه‌های تجاری‌سازی‌شده یا آن‌هایی که دارای منافع تجاری قابل توجهی هستند عبارتند از: دستگاه‌های ترانس پیشابراه که در حوزه آکادمیک منشأ گرفته‌اند، توسط شرکت‌هایی مانند Profound Medical و Phillips  توسعه بیشتری می‌یابند. آرایه های ایالات متحده دو حالته برای کاربردهای پوستی و لاپاراسکوپی که توسط Guided Therapy Systems توسعه یافته است. دستگاه های HIFU با پرتو تقسیم بزرگ که توسط Sonacare Medical برای ابلیشن لاپاروسکوپی ساخته شده است. یک دستگاه بینابینی 7 طرفه گزارش شده توسط Canney و همکاران. برای فرسایش مغزی مورد علاقه تجاری Carthera است. کاتترهای HIFU-BC که توسط Atrionix/Johnson & Johnson [91 و ProRhythm برای درمان فیبریلاسیون دهلیزی با برداشتن بافت اطراف ورید ریوی ساخته شده‌اند. و Recor Medical CBUS را برای قطع عصب کلیه در درمان فشار خون بالا توسعه داده و از نظر بالینی ارزیابی کرده است . عوامل محرک در حمایت از توسعه فناوری CBUS ممکن است شامل موارد زیر باشد: دارای پتانسیل ارائه فرسایش حجمی سریع و بسیار منطبق با زمان های کوتاه و مصرف منابع کمتر نسبت به بسیاری از دستگاه های مورد استفاده فعلی. دستگاه هایی از نوعی که در تماس مستقیم با بافت هدف قرار می گیرند، ممکن است بتوانند مسیر 510k را برای تأیید FDA برای استفاده و بازاریابی دنبال کنند، که به زمان و هزینه بسیار کمتری نسبت به تأیید قبلی قبل از بازار (PMA) نیاز دارد. مشابه HIFU، CBUS برای پلتفرم‌های هدایت تصویر و نظارت قابل استفاده است. استقرار روش‌های CBUS کاملاً با استانداردهای عملی موجود برای رادیولوژیست‌های مداخله‌ای و جراحانی که درمان حرارتی را اجرا می‌کنند مطابقت دارد. با نگاهی به آینده، فناوری CBUS مزایای احتمالی زیادی نسبت به فناوری موجود دارد که باعث توسعه بیشتر دانشگاهی و تجاری این دستگاه‌ها می‌شود، زیرا حوزه درمان حرارتی اولتراسوند هدایت‌شده با تصویر همچنان در حال پیشرفت است.