الجراحة باستخدام الموجات الصوتية المركزة

جراحة الموجات فوق الصوتية المركزة (FUS)؛ هي علاج غير جراحي موجه بالصور وبديل للتدخلات الجراحية، حيث إنه يمثل فرصة لإحداث ثورة في علاج السرطان والتأثير في توصيل الأدوية للعوامل العلاجية أو تغييرها بطرق جديدة موجهة بؤريًا، حيث تتم مراجعة الخلفية والمبادئ والأجهزة التقنية والتطبيقات السريرية للسرطان في FUS الموجه بالصور.

الموجات فوق الصوتية

تم وصف الموجات فوق الصوتية لأول مرة بواسطة (Loomis and Wood) في عشرينيات القرن الماضي على أنها ذات تأثير بيولوجي على الأنسجة الحية، وقد وصف البعض هذين الشخصين على أنهما “آباء الموجات فوق الصوتية” .

تعد الموجات فوق الصوتية العلاجية المدمجة مع التصوير الآن واحدة من أسرع التقنيات انتشارًا في العلاج الموجه بالصور، فهو يجمع بين الخبرة في التصوير ومختلف الإجراءات البسيطة وغير الغازية، حيث تم استبدال العديد من الإجراءات الجراحية التقليدية بنُهج موجهة بالصور طفيفة التوغل.

أهمية استخدام الموجات فوق الصوتية في الجراحة

يحدث الاجتثاث الحراري عندما يتسبب التوصيل المستهدف للحرارة أو البرودة في تغير سريع في درجة الحرارة (> 55 درجة مئوية للحرارة أو <-20-50 درجة مئوية للبرد) في بيئة الأنسجة المحلية، حيث يمكن استخدام التصوير لتحديد واستهداف التأثيرات الحرارية للورم والتحكم في ترسب الطاقة وتقييم الاستجابة للعلاج.

حاليًا يتم استخدام التصوير بالموجات فوق الصوتية والتصوير بالرنين المغناطيسي (MR) لتوجيه الموجات فوق الصوتية العلاجية، ويمكن أن يوفر الأخير كل هذه الميزات، بما في ذلك قياسات درجة الحرارة الكمية في الجسم الحي من خلال حساسية درجة الحرارة لتردد رنين البروتون المائي.

إن القدرة على استخدام تقنيات التصوير بالرنين المغناطيسي لأداء قياس الحرارة في الوقت الفعلي، والتي تجعل من التصوير بالرنين المغناطيسي الطريقة الأكثر موثوقية وشمولية المتاحة لمراقبة درجة الحرارة في الوقت الحقيقي (غير الغازية)، على سبيل المثال فإن التقنيات الأمريكية الجديدة التي قد تسمح باكتشاف التغيرات الحرارية، من خلال استخدام عوامل التباين، وتوصيل الأدوية التي تسببها الولايات المتحدة هي قيد التحقيق.

مبدأ عمل الموجات فوق الصوتية في عمليات الجراحة

تنتشر الموجات فوق الصوتية كاهتزازات ميكانيكية تتسبب في تأرجح الجزيئات داخل الوسط حول مواضع الراحة في اتجاه انتشار الموجة، كما تنتشر الموجات المكونة للضغط والخلخلة، وذلك عندما تمر طاقة الموجات فوق الصوتية عبر الأنسجة، يتم إضعافها أضعافا مضاعفة.

• يُطلق على معدل تدفق الطاقة عبر مساحة الوحدة، الطبيعي لاتجاه انتشار الموجة، الكثافة الصوتية عند 1 ميجاهرتز، يتم تخفيف الموجة فوق الصوتية بنسبة 50 ٪ تقريبًا أثناء انتشارها عبر 7 سم من الأنسجة.

• عند 2 ميجاهرتز، يتم تقليل الموجة إلى ما يقرب من 25 ٪ من قيمتها الأولية بواسطة نفس النسيج، حيث يتم ترجمة الطاقة المخففة في الغالب إلى ارتفاع درجة الحرارة في الأنسجة.

• تنتقل الموجات فوق الصوتية بشكل فعال من طبقة الأنسجة الرخوة إلى أخرى مع انعكاس كمية صغيرة (قليلة في المائة) من الموجة إلى الخلف في الواجهات بين الأنسجة الرخوة والعظام، ينعكس ما يقرب من ثلث الطاقة الساقطة في الوقوع الطبيعي.

• بالإضافة إلى ذلك، فإن معامل توهين السعة للموجات فوق الصوتية أعلى بحوالي 10-20 مرة في العظام منه في الأنسجة الرخوة، وهو عامل يتسبب في امتصاص الحزمة المرسلة بسرعة داخل العظام، يمتلك الغاز كثافة وسرعة صوت أقل بكثير من الماء أو الأنسجة الرخوة، وبالتالي تنعكس كل الطاقة عمليًا مرة أخرى على السطح البيني للغاز والأنسجة الرخوة.

• يمكن تركيز حزم الموجات فوق الصوتية باستخدام مشعات أو عدسات أو عاكسات، ويمكن تحقيق قطر بؤري يبلغ 1 مم عمليًا عند 1.5 ميجاهرتز باستخدام محول طاقة شديد التركيز طول البؤرة عادة 5-20 مرة أكبر من القطر.

• نظرًا لأن شعاع الموجات فوق الصوتية ينتقل من قضيب بقطر 2-3 سم، فإن شدة الموجات فوق الصوتية في البقعة البؤرية بحجم مليمتر يمكن أن تكون أعلى بمئات المرات من الأنسجة التي تعلوها ينخفض ​​التعرض بالموجات فوق الصوتية بسرعة عبر المنطقة داخل مسار الصوتنة، وبالتالي، يوفر التركيز طريقة للتغلب على خسائر التوهين، ولتركيز الطاقة في أعماق الجسم مع تجنب الأنسجة المحيطة والمحيطة.

التوجيه باستخدام الموجات فوق الصوتية

يجب أن تحدد أي تقنية توجيه للصور الورم المستهدف بدقة وحدوده والمناطق المحيطة به؛ لاستهداف الحزمة الصوتية من خلال النوافذ الصوتية، ويجب أن تكون قادرة على مراقبة ارتفاعات درجة الحرارة لضمان جرعة حرارية علاجية آمنة.

التصوير متغير وغير متسق ويعتمد المشغل في الكشف عن هوامش الورم الدقيقة، وقد يفشل في تصوير التشريح الموضعي المفصل على سبيل المثال، في تصوير أورام البروستاتا، يتفوق تصوير أنسجة البروستاتا الطبيعية وغير الطبيعية والهياكل المحيطة بها مع التصوير بالرنين المغناطيسي.

وقد ظهر هذا في كل من الدراسات التشخيصية، فالموجات فوق الصوتية هي أداة تصوير ممتازة للأنسجة الرخوة السطحية، مثل الثدي مع تحسن توصيف الأنسجة في الموجات فوق الصوتية، باستخدام طرق مثل الإجهاد/ التصوير المرن، فمن المرجح أن يوفر توصيفًا متزايدًا للأنسجة ومع ذلك  فإن التصوير بالرنين المغناطيسي للثدي قد حسّن بشكل ملحوظ من اكتشاف الورم وتصوير الهوامش مقارنةً بالموجات فوق الصوتية التقليدية.

علاوة على ذلك، باستخدام الموجات فوق الصوتية، قد يكون من الصعب إعادة إنتاج نفس الصورة/ الموقع بمرور الوقت بشكل موثوق يتسبب العظام والهواء في حدوث تحف تعيق التصور، لا يمكن رؤية موقع النقطة المحورية لـ FUS بشكل عام مع الموجات فوق الصوتية أثناء العلاج، ولا يمكن قياس ارتفاع درجة الحرارة باستخدام طرق التصوير القياسية الموجات فوق الصوتية.

توجيهات الرنين المغناطيسي  MR

يتيح الجمع بين طرق الاجتثاث الحراري وتكنولوجيا المحولات الصوتية المتقدمة باستخدام توجيه التصوير بالرنين المغناطيسي وقياس حرارة التصوير بالرنين المغناطيسي، حيث إن إمكانية الاستهداف الدقيق والمراقبة في الوقت الفعلي، وحتى التحكم في ترسب الطاقة.

يمكن أن يوفر التصوير بالرنين المغناطيسي تصويرًا للورم المستهدف واكتشاف هوامشه وتصور التشريح المحيط ومراقبة التغيرات في درجات الحرارة أثناء العلاج، وبالتالي توفير نظام حلقة مغلقة في الوقت الحقيقي.

بعض معلمات التصوير بالرنين المغناطيسي (مثل T1 الموزون، الانتشار) حساسة لدرجة الحرارة، وقد تم تقييمها كطرق لتوجيه العلاجات الحرارية تم العثور على معلمة واحدة، تردد طنين بروتون الماء، لتكون مناسبة بشكل خاص لقياس الحرارة.

يتغير تردد طنين بروتون الماء مع درجة الحرارة من خلال التغيرات الناتجة عن الحرارة في روابط الهيدروجين في الماء، والتي تؤثر على الفرز الإلكتروني للنواة يمكن تعيين ذلك باستخدام صور فرق الطور المتولدة من تسلسل صدى التدرج.

وفي نهاية ذلك فإن حساسيته لدرجة الحرارة لا تعتمد بشكل كبير على نوع الأنسجة ولا تتأثر بشكل كبير بعملية التخثر الحراري، هذه الميزات الفريدة هي الأكثر أهمية لنجاح قياس الحرارة بالرنين المغناطيسي، حيث تتمثل القيود الرئيسية لهذه التقنية في حساسيتها للحركة وعدم دقتها في الأنسجة الدهنية.