高强度聚焦超声:一种新的非侵入性的癌症治疗

一个研究小组研究了高强度聚焦超声的使用作为一种非侵入性的癌症治疗,通过针对声波摧毁癌细胞。该研究发表在通讯的数学生物学。

高强度聚焦超声是什么?

高强度聚焦超声(HIFU)是一种技术,它使用热破坏组织。在癌症治疗的背景下,针对热脱落癌细胞病变组织。它通过提供能量的目标组织细胞毒性水平,增加温度,这通常是50 - 80°C(或更高版本)。

“HIFU治疗技术,利用非电离超声波(相对于电离治疗放疗等)加热或切除肿瘤。HIFU也可以用来增加血液流动或破坏组织,通过热力和机械机制,),“解释了研究的资深作者,Siv Sivaloganathan,应用数学家,从滑铁卢大学的研究员。

根据Sivaloganathan HIFU在肿瘤学领域的临床应用程序可以大致分为三个区域:体外,间质和经直肠:“体外探针用于主要目标通过皮肤肿瘤病变,经直肠仪器开发治疗前列腺癌和间质设备开发治疗食管肿瘤和肿瘤的胆管。”

使用HIFU利弊

相比放射治疗或化疗,这都是用于治疗实体肿瘤,HIFU与最小的负面影响——特别是因为HIFU不是电离。然而,有挑战仍有待解决。Sivaloganathan阐述:“…有可能正常组织也会损坏,由于温度升高产生的超声波的软组织吸收。“因此,确保治疗仍然是安全有效的,必须对温度进行监控和控制整个过程。

Sivaloganathan 和他的团队正在建立数学模型探讨HIFU能量沉积在生物组织的影响,克服了动物的需要在活的有机体内模型来评估病人的风险。

“物理实验几乎总是需要使用动物模型,相关的伦理问题(更不用说金融相关的巨大成本)。此外,调整政府的热剂量和频率,几乎总是需要许多动物的使用和牺牲。相比之下,一个数学/计算模型使成千上万的'在网上的实验,可以不再需要动物实验到最后,“Sivaloganathan说。

这种技术被称为磁共振(MR)温度测量有效地映射了温度场实时软组织,特别是那些有高含水量。然而,Sivaloganathan解释说,“在类骨质骨瘤和其他骨癌,MR-thermometry无效是由于非常低的水骨。”

在这些情况下,一个数学模型可以帮助预测温度场的演变在HIFU管理,防止破坏健康的组织和骨髓损伤。“在我们的工作中,我们使用一个数学模型(由耦合波动方程和热,热剂量方程),预测温度场的演变,“Sivaloganathan说。

除了癌症——HIFU的更广泛的应用

Sivaloganathan指出,HIFU拥有潜在的超越其作为癌症治疗或诊断工具;它也可以用于血栓溶解和药物输送加上纳米颗粒,或通过的机理sonoporation——这一过程介绍了毛孔进入细胞膜。

HIFU可以用来诱发不稳定的物理现象或“瞬态空化分解血栓血管,其中包括突然形成和泡沫的崩溃,导致能量释放有害的细胞。稳定的空化,另一方面,有可能促进治疗的交付到大脑通过血脑屏障通过增加细胞膜通透性和药物释放的代的泡沫振荡大小,没有崩溃。

参考: 穆勒Efendiev妈,J, Sivaloganathan美国统一的吸引子的维数估计的模型高强度集中ultrasound-induced温热疗法。牛数学杂志。2021年,83 (9):95。doi:10.1007 / s11538 - 021 - 00928 - x

Siv Sivaloganathan说,劳拉·伊丽莎白·兰斯顿,总编辑技术网络。188金宝搏备用