El ultrasonido focalizado de alta intensidad ( HIFU ), o cirugía de ultrasonido focalizado guiada por RM, es una técnica terapéutica sin incisión [1] que utiliza ondas ultrasónicas no ionizantes para calentar o extirpar tejido. El HIFU se puede utilizar para aumentar el flujo de sangre o linfa o para destruir tejido, como tumores , a través de mecanismos térmicos y mecánicos. Dada la prevalencia y el costo relativamente bajo de los mecanismos de generación de ultrasonidos, la premisa del HIFU es que se espera que sea una terapia no invasiva y de bajo costo que al menos pueda superar la atención en el quirófano.
La tecnología es diferente a la utilizada en la obtención de imágenes por ultrasonidos , aunque se utilizan frecuencias más bajas y ondas continuas, en lugar de pulsadas, para lograr las dosis térmicas necesarias. Sin embargo, también se pueden utilizar ondas pulsadas si se desea causar daño mecánico en lugar de térmico. A menudo se utilizan lentes acústicas para lograr la intensidad necesaria en el tejido objetivo sin dañar el tejido circundante. El diagrama de patrón ideal es el enfoque del haz de luz solar de una lupa; solo el punto focal de la lupa tiene alta temperatura.
Los estudios sobre el cáncer de próstata localizado mostraron que, después del tratamiento, las tasas de supervivencia sin progresión fueron altas para los pacientes de riesgo bajo e intermedio con cáncer de próstata recurrente. [2] El InsighTec ExAblate 2000 fue el primer sistema MRgFUS en obtener la aprobación de comercialización de la FDA, [3] patente estadounidense 5.247.935.
Usos médicos
No existe un consenso claro sobre los límites entre el HIFU y otras formas de ultrasonido terapéutico . En la literatura en particular, HIFU se refiere a los altos niveles de energía necesarios para destruir el tejido a través de la ablación o la cavitación , aunque a veces también se utiliza para describir aplicaciones de menor intensidad, como la terapia ocupacional y la fisioterapia.
De cualquier manera, el HIFU se utiliza para calentar de forma no invasiva el tejido profundo del cuerpo sin necesidad de una incisión. [4] Las principales aplicaciones son la destrucción de tejido causada por hipertermia, el aumento de la perfusión y la fisioterapia . El uso de ultrasonidos en el tratamiento de afecciones musculoesqueléticas es otro uso en el ámbito de la fisioterapia. [5]
Trastornos neurológicos
Resonancia magnética frontal cuatro días después de MRgFUS (ultrasonido focalizado de alta intensidad guiado por resonancia magnética): talamotomía del núcleo intermedio (Vim) ventral izquierdo. Varón de 79 años con temblor esencial.
Una de las primeras aplicaciones del HIFU fue el tratamiento de la enfermedad de Parkinson en la década de 1940. Aunque ineficaz en ese momento, el HIFU tiene la capacidad de lesionar la patología. Un sistema de ultrasonido enfocado está aprobado en Israel, Canadá, Italia, Corea y Rusia para tratar el temblor esencial , [6] el dolor neuropático , [7] y el temblor parkinsoniano . [8] Este enfoque permite el tratamiento del cerebro sin una incisión o radiación. En 2016, la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos ( FDA ) aprobó el sistema Exablate de Insightec para tratar el temblor esencial. [9] El tratamiento para otras arritmias talamocorticales y afecciones psiquiátricas está bajo investigación. [10]
El HIFU se estudia en el cáncer de hígado y en muchos estudios se informa una alta tasa de respuesta y un resultado positivo. [14] Durante el tratamiento del cáncer de hígado metastásico con HIFU, se han observado respuestas inmunes en lugares distantes de la región focal. [15]
Agrandamiento de próstata
El tratamiento del agrandamiento de próstata ( hiperplasia prostática benigna ) mediante HIFU desde el interior del intestino (transrectal) ha resultado infructuoso. [16] [17]
En algunos países, no en EE. UU., también se ha ofrecido HIFU desde el interior de la próstata, es decir, a través de un catéter en la uretra prostática . Faltan evidencias al respecto hasta 2019. [18]
Los rayos HIFU se enfocan con precisión en una pequeña región de tejido enfermo para depositar localmente altos niveles de energía.
El ultrasonido focalizado se puede utilizar para generar calor altamente localizado para tratar quistes y tumores (benignos o malignos). Esto se conoce como Ultrasonido Focalizado Guiado por Resonancia Magnética (MRgFUS) o Ultrasonido Focalizado de Alta Intensidad (HIFU). Estos procedimientos generalmente utilizan frecuencias más bajas que el ultrasonido de diagnóstico médico (de 0,7 a 2 MHz), pero cuanto mayor sea la frecuencia, menor será la energía de enfoque. El tratamiento HIFU a menudo se guía por resonancia magnética .
La temperatura del tejido en el foco aumentará entre 65 y 85 °C, destruyendo el tejido enfermo por necrosis coagulativa . Si el tejido se eleva por encima del umbral de 60 °C durante más de 1 segundo, este proceso es irreversible. [20] Cada sonicación (deposición de energía ultrasónica individual) trata una porción definida con precisión del tejido objetivo. Todo el objetivo terapéutico se trata mediante el uso de múltiples sonicaciones para crear un volumen de material incompresible, como agua del grifo. [21]
donde la integral es sobre el tiempo de tratamiento, R=0,5 para temperaturas superiores a 43 °C y 0,25 para temperaturas entre 43 °C y 37 °C, una temperatura de referencia de 43 °C, y el tiempo T está en minutos. Las ecuaciones y métodos descritos en este informe no pretenden representar ningún resultado clínico, este es solo un enfoque para la estimación de la dosis térmica en un material incompresible de solo agua del grifo; . [22]
Como una onda acústica de ultrasonido no puede propagarse a través del tejido compresivo, como el caucho, los tejidos humanos forman parte de ella y la energía del ultrasonido se convertirá en calor, con rayos enfocados, se puede lograr una región muy pequeña de calentamiento de la parte poco profunda de los tejidos (generalmente del orden de 2 a 3 milímetros). El tejido se produce en función tanto de la agitación sutil a la que se calienta el agua como de cuánto tiempo la parte del agua está expuesta a este nivel de calor en una métrica conocida como "dosis térmica". Al enfocar más de un lugar o escanear el foco, se puede ablacionar térmicamente un volumen. [23] [24] [25] Las dosis térmicas de 120-240 min a 43 °C coagulan la proteína celular y conducen a una destrucción irreversible del tejido.
Hay algunos informes que indican que el HIFU podría aplicarse a los cánceres para alterar el microambiente tumoral y desencadenar una respuesta inmune, así como posiblemente mejorar la eficacia de la inmunoterapia. [26] [27]
Mecánico
Cavitación inercial
A intensidades acústicas suficientemente altas, puede producirse cavitación (formación de microburbujas que interactúan con el campo ultrasónico). Las microburbujas producidas en el campo oscilan y crecen (debido a factores como la difusión rectificada ) y pueden llegar a implosionar (cavitación inercial o transitoria). Durante la cavitación inercial, se producen temperaturas muy altas dentro de las burbujas y el colapso durante la fase de rarefacción se asocia a una onda de choque y chorros que pueden dañar mecánicamente el tejido. [28]
Cavitación estable
La cavitación estable crea microflujos que inducen fuerzas de corte elevadas en las células y conducen a la apoptosis. En detalle, las burbujas producidas por la vaporización del agua debido a fuerzas acústicas oscilan bajo un campo acústico de baja presión. Un flujo fuerte puede causar daño celular, pero también reduce la temperatura del tejido a través de la pérdida de calor por convección. [29]
Teoría
Existen varias formas de enfocar el ultrasonido: a través de una lente (por ejemplo, una lente de poliestireno , un transductor de curva parabólica , un arreglo en fase , etc.). Las patentes especiales y la tecnología muy precisa resuelven el problema. Esto se puede determinar utilizando un modelo exponencial de atenuación de ultrasonido . El perfil de intensidad del ultrasonido está limitado por una función exponencialmente decreciente donde la disminución del ultrasonido es una función de la distancia recorrida a través del tejido:
es la intensidad inicial del haz, es el coeficiente de atenuación (en unidades de longitud inversa), y z es la distancia recorrida a través del medio atenuador (por ejemplo, tejido).
En este modelo ideal, [30] es una medida de la densidad de potencia del calor absorbido del campo ultrasónico. Esto demuestra que el calentamiento del tejido es proporcional a la intensidad, y que la intensidad es inversamente proporcional al área sobre la que se extiende un haz de ultrasonido. Por lo tanto, enfocar el haz en un punto nítido o aumentar la intensidad del haz crea un aumento rápido de la temperatura en el foco. [ cita requerida ]
El haz de ultrasonidos se puede enfocar de estas maneras:
Electrónicamente, ajustando las fases relativas de los elementos en una matriz de transductores (una " matriz en fase "). Al ajustar dinámicamente las señales electrónicas a los elementos de una matriz en fase, el haz puede dirigirse a diferentes ubicaciones y pueden corregirse las aberraciones en el haz de ultrasonidos debido a las estructuras de los tejidos. [ cita requerida ] Esto supone que no hay reflexión, absorción ni difusión del tejido intermedio. El ultrasonido en sí puede penetrar materiales incompresibles como el agua, pero los materiales compresibles como el aire, el caucho, el tejido humano, la grasa, la fibra, el hueso hueco y la fascia reflejan, absorben y difunden la energía del ultrasonido.
Entrega de haz
La administración del haz consiste en la dirección del haz y la guía de la imagen. El haz tiene la capacidad de atravesar los tejidos superpuestos sin causar daño y enfocarse en un área localizada con un límite de tamaño de 2-3 mm, que determina la frecuencia clínica de la ecografía. Después de la ablación se forma un límite claro entre el tejido sano y el necrótico (ancho inferior a 50 micrones). [31]
Dirección del haz
El transductor más común utilizado es un transductor de enfoque cóncavo con una apertura fija y una longitud focal fija. [31] Los transductores de matriz en fase también se pueden utilizar con diferentes disposiciones (plana/cuenco). [31]
Guía de imágenes
La terapia HIFU requiere un seguimiento cuidadoso y por eso generalmente se realiza junto con otras técnicas de imagen.
Las imágenes preoperatorias, por ejemplo, la TC y la RMN , se utilizan generalmente para identificar parámetros generales de la anatomía del objetivo. Por otro lado, las imágenes en tiempo real son necesarias para una orientación no invasiva segura y precisa y para el seguimiento de la terapia. Tanto la RMN como las imágenes por ultrasonido médico se han utilizado como guía en el tratamiento de FUS. Estas técnicas se conocen como cirugía de ultrasonido focalizado guiada por resonancia magnética (MRgFUS) [32] [33] y cirugía de ultrasonido focalizado guiada por ultrasonido (USgFUS) respectivamente. [4] [34] La MRgFUS es una técnica de imágenes en 3D que presenta un alto contraste de tejidos blandos y proporciona información sobre la temperatura, lo que permite controlar la ablación. Sin embargo, la baja velocidad de fotogramas hace que esta técnica tenga un bajo rendimiento en imágenes en tiempo real y los altos costos representan una limitación significativa para su uso. [35] La ecografía ultrasónica, por su parte, es una técnica de imagenología 2D en la que, aunque hasta el momento no se ha desarrollado comercialmente ningún sistema que proporcione información cuantitativa sobre la temperatura, se aprovechan varios beneficios, como una alta velocidad de cuadros (hasta 1000 imágenes por segundo), un bajo coste y efectos adversos mínimos para la salud. Otra razón por la que la ecografía es ideal para la guía por imágenes es que verifica la ventana acústica en tiempo real, ya que es la misma modalidad que la terapia. [36] La implicación de esto es que si la región objetivo no se visualiza mediante imágenes por ultrasonido antes y durante la terapia HIFU, es poco probable que la terapia HIFU sea eficaz en esa región específica. [36] Además, los resultados del tratamiento se pueden estimar en tiempo real a través de la inspección visual de los cambios hiperecoicos en las imágenes estándar en modo B. [37]
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