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高密度焦点式超音波 (HIFU) は、神経疾患や一部の癌を含むさまざまな病状の治療に使用される初期段階の非侵襲性温熱療法です。 今回、香港城市大学の研究者らは、リアルタイムの超音波（US）と光音響（PA）イメージングを統合して治療の提供を改善するアレイベースのHIFUシステムを開発した。 このシステムは、治療を導くための温度と構造の情報を提供し、長い治療時間と不正確または高価な画像ガイダンスという以前の課題を克服します。

HIFU には、深い浸透、制御可能なアブレーション スポット サイズ、および低ハードウェア コストという利点があります。 しかし、主な欠点は、焦点が治療領域の実際の寸法より小さく、焦点深さが固定されているため、治療時間が長くなることが多いことです。 長時間の機械的スキャンにより、指定された治療スポットと実際の HIFU 焦点の間にずれが生じる可能性があります。 周囲の健康な組織への損傷を最小限に抑えるには、正確かつタイムリーな線量制御が重要です。

超音波画像診断と HIFU を組み合わせると、低コストでリアルタイムのモニタリングが可能になりますが、HIFU 治療を正確に導くには温度感度が不十分なため、臨床使用には不適切でした。 Yachao Zhang と Lidai Wang によって開発され、Biomedical Optics Express で説明されているこの新しいシステムは、PA/US イメージング トランスデューサと HIFU トランスデューサを単一のデータ収集システムに接続し、PA/US イメージングと HIFU 送信を同期してプログラムすることにより、多くの問題を解決します。 。

アレイベースの HIFU トランスデューサーは、軸方向 (40 mm) と横方向 (16 mm) の両方に広い動的ステアリング範囲を備えています。 治療スポットは励起位相マップを調整することで電子的に移動するため、複数のスポットを 1 スポットあたり 15 秒という比較的高速な治療が可能になります。 Zhang 氏と Wang 氏は、多素子 HIFU トランスデューサを使用して超音波画像を取得し、イメージング トランスデューサと軸方向に位置合わせすることもできるため、治療用トランスデューサと診断用トランスデューサの間の面倒な空間校正プロセスを回避できるとアドバイスしています。 HIFU アプリケーターは、デュアルモード画像からのフィードバックに基づいて、アブレーション領域を自動的に選択します。

新しい HIFU/PA/US システムは 4 つの主要なコンポーネントで構成されます。 HIFU/イメージング プローブには、128 チャネル HIFU トランスデューサとリニア フェーズド アレイ イメージング トランスデューサが統合されています。 データ収集システムには 256 チャンネルがあり、半分は HIFU 療法に使用され、残りの半分は PA/US イメージングに使用されます。 このセットアップには、調整可能な光パラメトリック発振器レーザーと Q スイッチ Nd:YAG レーザーで構成される光学システムも含まれています。 最後に、制御ユニットには、サンプルを移動させるモーション コントローラーと、HIFU 送信、PA および US イメージング、PA ベースの温度モニタリングを同期させるシーケンス コントローラーが含まれています。

HIFU トランスデューサーを使用した動的なマルチスポット アブレーションを実証するために、研究者らは 9 つのターゲット スポットを備えた円形アブレーション パターンを設計し、それを使用してポリジメチルシロキサン (PDMS) ファントムをアブレーションしました。 位置情報を使用して、HIFU システムは各スポットを 15 秒間自動的に切除しました。 PDMS サンプルのアブレーション パターンは、計画されたデザインとよく一致していました。

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研究者らはまた、新鮮な鶏の胸肉組織を使用してシステムをテストしました。 彼らは、連続した HIFU 送信、PA イメージング、PA 温度測定、および US イメージングを使用してデュアルモード画像を表示し、ターゲット スポットの温度変化を記録し、システムが HIFU 治療の進行状況をリアルタイムで監視できることを検証しました。 この実験では、HIFU アブレーションの正確かつ動的なステアリング機能が検証され、同時登録された二重画像によって生成された構造的および機能的情報によって HIFU 療法の位置を正確に設定し、線量制御を維持できることが実証されました。

「マルチモーダルイメージングと非侵襲的治療の利点により、トリモーダルシステムは臨床応用において依然として大きな可能性を示しています」と Zhang 氏と Wang 氏は結論づけています。