Високоинтензивен фокусиран утразвук (HIFU, хайфу)

от 11 дек 2015г., обновено на 08 дек 2022г.

Високоинтензивен фокусиран ултразвук (HIFU, хайфу) - изображение

"In the future, no one will use a scalpel to cut the patient’s body and no one will accept an operation. This is the future of the ultrasound ablation."

Prof. Timothy James Mason, UK

"В бъдеще никой хирург няма да използва скалпел, за да оперира свой пациент, нито пациентите ще приемат да бъдат оперирани чрез разрези. Това е бъдещето на ултразвуковото лечение."

проф. Тимоти Джеймс Мейсън, Великобритания

Малко история

Каква е разликата между диагностичен ултразвук, високочестотен ултразвук и високоинтензивен ултразвук?

Къде използват HIFU

Предимства на метода

Принцип на действие

Биологични ефекти и приложение на фокусираните ултразвукови вълни

Насочване

Клинични приложения на високоинтензивния фокусиран ултразвук (хайфу, HIFU)

Ограничения в използването на HIFU

Използването на ултразвук в клиничната практика вече не се ограничава само до образна диагностика или насочване на иглата при изпълнението на различни процедури, като например амниоцентеза или биопсия.

Разработен е неинвазивен метод, който може да се приложи при:

лечението на някои първични тумори и метастази;
прояви на необичайна електрическа активност на сърцето;
нужда от хемостаза (кръвоспиране) при остри травми на крайниците и вътрешните органи;

Този метод се нарича хайфу (HIFU).

Високоинтензивният фокусиран ултразвук, High Intensity Focused Ultrasound (хайфу, HIFU), представлява медицинска процедура, при която се прилага фокусирана (насочена) високоинтензивна ултразвукова енергия с цел локално загряване (предизвикване на хипертермия) и разрушаване на увредени тъкани посредством аблация (стопяване).

Клиничните хайфу процедури обикновено се извършват в комбинация с метод за образна диагностика, което позволява внимателно планиране и насочване на лечението. Тъй като най-често се използва ядрено-магнитен резонанс (ЯМР, MRI), HIFU понякога се означава и като MRgFUS или MRgHIFU — Magnetic Resonance Guided Focused Ultrasound, Насочен под ЯМР контрол фокусиран ултразвук.

За разлика от радиочестотната или криоаблацията, които също могат да се използват за аблацията (стопяване) на тумори, ултразвуковите вълни са напълно неинвазивни (няма разрез) и могат да се използват при лечението на тъкани и органи, разположени във вътрешността на тялото.

Малко история

история на хайфу Още през 1954 година Lindstrom and Fry проучват възможността за използване на ултразвук с висок интензитет при неврологични разстройства при хора.

През 1970 година ултразвукови вълни са били използвани, този път с по-нисък интензитет, за лечение на тумори. Идеята тук е да се предизвика хипертермия (повишаване температурата на тъканите до ≈ 43° С) в целия обем на тумора и поддържане на тази температура за продължителен период от време (≈ 1 час).
Тази концепция не е била успешна, тъй като не е бил наличен неинвазивен метод за измерване на температурата и така е нямало възможност да се определи степента на нагряване на тумора.

Следващата стъпка в развитието на ултразвуковите вълни като метод за лечение е през 1980 година, когато е била въведена екстракорпоралната литотрипсия (ЕКЛ — извънтелесно разбиване на камъни). Използването на ЕКЛ като метод за лечение на камъни в бъбреците е одобрено през 1984 г. от Администрацията за храните и лекарствените средства (FDA, Food and Drug Administration) на САЩ.
Това е първото клинично приложение на ултразвукови вълни с висока интензивност.

Преоткриването на HIFU за лечението на тумори става през 90-те години на миналия век с усъвършенстването на съвременните технологии и по-точно на различни образни методи, като магнитно резонансна (МР)-термометрия.

Използването на магнитния резонанс за насочване на фокусирания ултразвук е било патентовано през 1992 година.

Първата хайфу апаратура е разработена през 1994 г.

Изображение: hifumedicalexpert.com

Каква е разликата между диагностичен ултразвук, високочестотен ултразвук и високоинтензивен ултразвук?

разлика Честота на ултразвуковите (УЗ) вълни, която се използва от широкоразпространените апарати за ултразвукова диагностика (ехографи), варира между 2 и 15 MHz (мегахерца).

Честота на УЗ вълните при високочестотните устройства е над 20 MHz.

Високоинтензивният фокусиран ултразвук (HIFU) използва ултразвукови вълни с по-ниски честоти (от 0,250 до 2 MHz), но с по-голяма енергия.

Ултразвук с по-висока честота има по-къса дължина на вълната и се абсорбира (отслабва) по-лесно. Това е причината вълните с по-висока честота да не проникват в дълбочина и затова се използват за диагностика на повърхностно разположени структури.

Нискочестотните вълни (хайфу) се използват за третиране на структури, намиращи се в дълбочина на тялото.

Изображение: No machine-readable author provided. Romary assumed (based on copyright claims), CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Къде използват HIFU

къде използват хайфу До този момент хайфу е одобрена терапевтична процедура при лечението на миома на матката в:

Азия;
Австралия;
Канада;
Европа;
Израел;
САЩ;

Хайфу е одобрен за използване метод за лечение в:

България;
Китай;
Германия;
Италия;
Япония;
Южна Корея;
Малайзия;
Мексико;
Полша;
Русия;
Румъния;
Испания;
Великобритания;

Изображение: www.freepik.com

Предимства на метода

Процедурата е неинвазивна (няма разрез).

Основното предимство на високоинтензивния фокусиран ултразвук обаче е способността на метода да насочи голямо количество енергия дълбоко в тялото и тъканите с изключителна точност и без никакво увреждане на третираната зона.

Анестезията не е задължителна, но като цяло е препоръчителна.

Изображение: Bác s? Nguy?n Minh ??c, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Принцип на действие

Когато звукова вълна се разпространява през тъкан, част от нея (от вълната) се абсорбира (поглъща) и се превръща в топлина.

С насочените ултразвукови вълни може да се постигне много малък фокус (обикновено в порядъка на милиметри).

Принципът на действие е аналогичен на горенето на лист хартия с лупа — с помощта на акустична леща ултразвуковите вълни се събират и се насочват в дълбочина на тялото с изключителна прецизност.

Тъканна деструкция (разрушаване) се получава в резултат на въздействието на температурата, до която се нагрява тъканта, както и от продължителността на нагряване, като метричната единица, която се използва, е "топлинна доза".

принцип на действие

gif: www.youtube.com

При достатъчно голям интензитет на звуковите вълни може да възникне кавитация (образуване на малки мехурчета, взаимодействащи с ултразвуковото поле).
Тези мехурчета осцилират (трептят) и нарастват, като в крайна сметка могат да се пукнат.

Тъй като възникването на кавитация и последващото увреждане на тъкани могат да бъдат непредсказуеми, тя обикновено се избягва при клиничните приложения.

При премахване на увредените тъкани с помощта на хайфу, ултразвуковите вълни се фокусират върху малък участък с помощта на трансдюсер, като отделят значително количество енергия в тази зона, предизвиквайки повишаване на локалната температура между 65º С и 85° С, което води до деструкция на увредените тъкани чрез коагулационна некроза.

По-високите температури обикновено се избягват, за да се предотврати достигането на точка на кипене на тъканните течности.

Чрез тази технология може да се постигне прецизна аблация (стопяване) на засегнатата тъкан, поради което понякога се нарича "HIFU хирургия" или "неинвазивна HIFU хирургия".

Биологични ефекти и приложение на фокусираните ултразвукови вълни

Фокусираният ултразвук предоставя голямо разнообразие от биологични ефекти, които имат терапевтичен ефект върху тъканите:

Деструкция (разграждане, разрушаване) на тъкани

1. термична (посредством висока температура)
2. механична — унищожаване на клетки без нагряване

Насочено освобождаване на лекарствени вещества посредством

- преодоляване на кръвно-мозъчната бариера
- системи с насочено действие — микрочастици, наночастици, липозоми
- повишаване на съдовата пропускливост — това позволява навлизането на медикаменти в тъкани, при които в нормални условия това е невъзможно
- предизвикване на локална хипертермия — повишаване на температурата до 42 С в продължение на няколко часа. Това засилва транспорта на кръв и лекарства към таргетната зона
- сонопорация (Sonoporation) — временно образуване на пори (отворчета) през клетъчната мембрана, което позволява на лекарствата да я преминат и да навлязат в клетката
- вазодилатация (съдоразширяване) — по този начина се повишава кръвотока през таргетната зона, което от своя страна увеличава снабдяването с лекарствени вещества, намиращи се в кръвта

Изображение: SVG by Indolences. Recoloring and ironing out some glitches done by Rainer Klute.,CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Други ефекти

- амплификация (засилено освобождаване) на туморни маркери — по принцип тези маркери се освобождават в много малки количества. Насочените ултразвукови вълни обаче могат да увеличат (амплифицират) отделянето на туморни маркери, което подпомага поставянето на диагноза;
- ангиогенеза — образуване на нови кръвоносни съдове;
- тромболиза — разрушаване на образували се съсиреци;
- имуномодулация — засилване на имунния отговор спрямо тумори;
- невромодулация — насочените ултразвукови вълни могат да симулират или да блокират предаването на нервни импулси, без обаче да предизвикат увреждане на нервните структури;
- сенсибилизация (повишаване на чувствителността) към химиотерапия — загряването на туморите ги прави по-чувствителни към химиотерапия — процес на сенсибилизиране. Това от своя страна засилва локалните ефекти на химиотерапевтиците спрямо туморите;
- сенсибилизация към лъчетерапия (радиотерапия) — повишаването на температурата в туморите увеличава доставката на кислород до тях, като по този начин засилва метаболитните процеси в тях. Тези ефекти правят туморите по-чувствителни към лъчетерапия;
- сонодинамична терапия — някои химични агенти предизвикват естествена клетъчна смърт, когато са подложени на действието на ултразвук — соночувствителни агенти;
- насочване на стволови клетки (Stem Cell Homing) — механичните ефекти на фокусирания ултразвук са в състояние са повишат насочването, пропускливостта и задържането на стволови клетки в таргетната зона;

Медицинското приложение на фокусирания ултразвук включва:

разбиване на камъни в бъбреците (литотрипсия);
лечение на катаракта (факоемулсификация);
стимулиране на костния растеж и други

Процедурите с фокусиран ултразвук могат да се осъществят и в амбулаторни условия, не се правят разрези, като възникването на дискомфорт и усложнения са ограничени. Това позволява бързо възстановяване.

Насочване

Високоинтензивният фокусиран ултразвук изисква внимателно определяне на мястото на действие.

Това става с методите за образна диагностика — рентгенография, магнитен резонанс и ехография.

Първоначално насочването е ставало посредством рентгенови лъчи.

ЯМР позволява да се установят тъканните особености — размер, перфузия (оросяване), температура — което позволява да се открият и увредените тъкани.

Чрез диагностичния ултразвук може да се проследи напредъка на лечението.

Изображение: www.freepik.com

Клинични приложения на високоинтензивния фокусиран ултразвук (хайфу, HIFU)

Основното клинично приложение на HIFU е за лечение на доброкачествени и злокачествени тумори:

Лейомиом на матката

Лечението на миомите на матката чрез хайфу е одобрено от Администрацията за храните и лекарствените средства (FDA, Food and Drug Administration) на САЩ през октомври 2004 година.

Хайфу е неинвазивен вариант за лечение на пациенти, страдащи от симптоматична миома.

При повечето пациенти, лекувани по този начин, се наблюдава облекчаване на симптомите за повече от 2 години.
При около 16-20% от пациентите се налага допълнително лечение.

Изображение: BruceBlaus, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Други доброкачествени тумори

HIFU технологията може да се приложи и при лечението на:

доброкачествени възли на щитовидната жлеза;
хипертрофия на паращитовидните (околощитовидните) жлези;
фиброаденом на гърдата;

Злокачествени тумори

Карцином на простата — все още е в процес на проучване, като резултатите са много обнадеждаващи;

Други злокачествени заболявания:

Хайфу е бил успешно приложен за лечението на злокачествени заболявания на:

костите;
мозъка;
гърдите;
черния дроб;
панкреаса;
ректум (право черво);
бъбреците;
тестисите;
простата;

Установено е, че HIFU се използва за палиативно лечение на костни метастази.

Други сфери на приложение на High Intensity Focused Ultrasound включват

Функционална неврохирургия

Транскраниалният (през черепните кости) магнитно-резонансно насочен фокусиран ултразвук е обещаващ нов метод за неинвазивно лечение на различни мозъчни увреждания.

Тази технология отговаря на европейските стандарти за лечение на:

Естетична медицина

Високоинтензивният фокусиран ултразвук може да са използва за премахването на подкожна адипозна (мастна) тъкан при затлъстяване (процедура, неправилно означавана [тъй като няма изсмукване] като "неинвазивна липосукция").

Ограничения в използването на HIFU

Въпреки че притежава огромен потенциал за неинвазивно лечение на злокачествени заболявания, използването на хайфу има своите ограничения, тъй като съществува риск за неблагоприятни последствия.

При HIFU за налице всички странични ефекти, които могат да възникнат при използването на ултразвук:

акустично засенчване (зона, през която звуковите вълни не могат да преминат);
реверберация (обратно отразяване на звуковите вълни);
рефракция (промяна в посоката на една вълна вследствие промяна на нейната скорост);

Ето защо лечението на лезии, които са разположени много близо до костна структура, е затруднено.

Изображение: www.freepik.com

Високоинтензивният фокусиран ултразвук, подобно на диагностичната ехография, не може да премине през свободен газ в червата, като звуковите вълни се отразяват обратно към трансдюсера.
При диагностичната сонография тези отразени ултразвукови вълни са с такава ниска енергия, че не могат да предизвикат неблагоприятен ефект.
За разлика от тях обаче, ултразвуковите вълни при хайфу са с много висока енергия, като могат да предизвикат изгаряне на тъканите, разположени между трансдюсера и таргетната зона.

Рефракционните аномалии могат да доведат до депониране (натрупване) на енергия в меките тъкани, намиращи се в съседство с избраната зона на лечение.
Прекомерното поглъщане на енергия може да доведе до непредсказуемо разпределение на апоптотични (апоптоза — програмирана клетъчна смърт) клетки.
Ето защо правилното насочване на ултразвуковите вълни при HIFU е от изключително значение.

Друго потенциално усложнение на високоинтензивния фокусиран ултразвук е дисеминация (разсейване) на злокачествените клетки от силите на срязване, генерирани от тази процедура.

Може да е налице дискомфорт или болка в продължение на 3-4 дни след процедурата.

Може да е налице възпаление на кожата, което не продължава дълго време.

Заглавно изображение: radiology.ucsf.edu