Ultrasonido enfocado

Técnica terapéutica no invasiva

El ultrasonido enfocado de alta intensidad ( HIFU ) es una técnica terapéutica no invasiva ^[1] que utiliza ondas ultrasónicas no ionizantes para calentar o extirpar tejido. HIFU se puede utilizar para aumentar el flujo de sangre o linfa o para destruir tejidos, como tumores , mediante mecanismos térmicos y mecánicos. Dada la prevalencia y el costo relativamente bajo de los mecanismos de generación de ultrasonido, la premisa del HIFU es que se espera que sea una terapia no invasiva y de bajo costo que pueda al menos superar a la atención en el quirófano.

La tecnología es diferente de la utilizada en imágenes ultrasónicas , 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 un daño mecánico en lugar de térmico. Las lentes acústicas se utilizan a menudo 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 con una lupa; Sólo el punto focal de la lupa tiene alta temperatura.

HIFU se combina con otras técnicas de imagen como la ecografía médica o la resonancia magnética para permitir la orientación del tratamiento y el seguimiento.

Historia

Los estudios sobre el cáncer de próstata localizado demostraron que, después del tratamiento, las tasas de supervivencia libre de progresión eran altas para los pacientes de riesgo bajo e intermedio con cáncer de próstata recurrente. ^[2] InsighTec ExAblate 2000 fue el primer sistema MRgFUS en obtener la aprobación de mercado de la FDA, ^[3] Patente estadounidense 5.247.935

Usos médicos

No existe un consenso claro sobre los límites entre HIFU y otras formas de ultrasonido terapéutico . En la literatura particular, HIFU se refiere a los altos niveles de energía necesarios para destruir tejido mediante ablación o cavitación , aunque en ocasiones también se utiliza para describir aplicaciones de menor intensidad como la terapia ocupacional y la fisioterapia.

De cualquier manera, HIFU se utiliza para calentar de forma no invasiva el tejido profundo del cuerpo sin necesidad de realizar una incisión. ^[4] Las principales aplicaciones son la destrucción de tejido provocada por la hipertarmia, el aumento de la perfusión y la fisioterapia . El uso de ultrasonido en el tratamiento de afecciones musculoesqueléticas es otro uso en el ámbito de la fisioterapia. ^[5]

Desórdenes neurológicos

Resonancia magnética frontal cuatro días después de MRgFUS (ultrasonido enfocado de alta intensidad guiado por resonancia magnética): talamotomía del núcleo intermedio ventral izquierdo (Vim). 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, HIFU tiene la capacidad de lesionar patologías. 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 incisión ni radiación. En 2016, la Administración de Medicamentos y Alimentos de EE. UU. ( FDA ) aprobó el sistema Exablate de Insightec para tratar el temblor esencial. ^[9] Se están investigando tratamientos para otras arritmias talamocorticales y afecciones psiquiátricas. ^[10]

Cánceres

Próstata

HIFU puede ser eficaz para detectar el cáncer de próstata . ^{[11] [12] [13]}

Hígado

HIFU se estudia en el cáncer de hígado y en muchos estudios informa una alta tasa de respuesta y resultados positivos. ^[14] Durante el tratamiento del cáncer de hígado con metástasis con HIFU, se han observado respuestas inmunitarias en lugares distantes de la región focal. ^[15]

agrandamiento de la próstata

El tratamiento del agrandamiento de la próstata ( hiperplasia prostática benigna ) con HIFU desde el interior del intestino (transrectal) ha resultado infructuoso. ^{[16] [17]}

En algunos países, excepto en EE.UU., el HIFU también se ha ofrecido desde el interior de la próstata, es decir, a través de un catéter en la uretra prostática . Falta evidencia a partir de 2019. ^[18]

En Inglaterra, el Instituto Nacional para la Excelencia en la Salud y la Atención (NICE) clasificó en 2018 el método como "no recomendado". ^[19]

Mecanismo

Los rayos HIFU se enfocan con precisión en una pequeña región de tejido enfermo para depositar localmente altos niveles de energía.

• Se puede utilizar ultrasonido enfocado 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 una frecuencia más alta significa una energía de enfoque más baja. El tratamiento HIFU suele estar guiado por resonancia magnética .
• Se puede utilizar ultrasonido enfocado para disolver los cálculos renales mediante litotricia .
• El ultrasonido puede usarse para el tratamiento de cataratas mediante facoemulsificación .

Temperatura ideal

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 individual de energía ultrasónica) trata una porción definida con precisión del tejido objetivo. Todo el objetivo terapéutico se trata mediante múltiples sonicaciones para crear un volumen de material incompresible, como agua del grifo. ^[21]

${\displaystyle {\mathit {CEM}}=\int _{t_{o}}^{t_{f}}R^{T_{\mathrm {reference} }-T}dt}$

siendo la integral 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 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 comprimido, como el caucho, los tejidos humanos forman parte de él y la energía del ultrasonido se convertirá en calor, con haces enfocados, se puede lograr una región muy pequeña de calentamiento en la parte poco profunda. profundamente en los tejidos (generalmente del orden de 2 a 3 milímetros). El tejido se produce en función tanto de la sutil sacudida con la que se calienta el agua como del tiempo que la parte del agua está expuesta a este nivel de calor en una métrica denominada "dosis térmica". Al enfocar en más de un lugar o al escanear el foco, se puede realizar una ablación térmica de un volumen. ^{[23] [24] [25]} Dosis térmicas de 120-240 min a 43 °C coagulan la proteína celular y conducen a la destrucción irreversible del tejido.

Hay algunos informes de que HIFU podría aplicarse a los cánceres para alterar el microambiente del tumor 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 (se forman microburbujas que interactúan con el campo ultrasónico). Las microburbujas producidas en el campo oscilan y crecen (debido a factores que incluyen la difusión rectificada ) y eventualmente pueden 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 con una onda de choque y chorros que pueden dañar mecánicamente el tejido. ^[28]

Cavitación estable

La cavitación estable crea microcorrientes que inducen altas fuerzas de corte en las células y conducen a la apoptosis. Al elaborarse, las burbujas producidas por la vaporización del agua debido a fuerzas acústicas oscilan bajo un campo acústico de baja presión. La corriente fuerte puede causar daño celular pero también reduce la temperatura del tejido a través de la pérdida de calor por convección. ^[29]

Teoría

Hay varias formas de enfocar el ultrasonido: a través de una lente (por ejemplo, una lente de poliestireno , un transductor de curva de parábola , una matriz en fase , etc. Las patentes especiales y la tecnología muy precisa resuelven el problema. Esto se puede determinar usando un modelo exponencial de ultrasonido . atenuación El perfil de intensidad del ultrasonido está limitado por una función exponencialmente decreciente donde la disminución del ultrasonido es función de la distancia recorrida a través del tejido:

${\displaystyle I=I_{o}{e}^{-2\alpha \mathrm {z} }}$

${\displaystyle I_{o}}$es la intensidad inicial del haz, es el coeficiente de atenuación (en unidades de longitud inversa) yz es la distancia recorrida a través del medio atenuante (por ejemplo, tejido). ${\displaystyle \alpha }$

En el 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 cual se extiende un haz de ultrasonido; por lo tanto, enfocar el haz en un punto agudo (es decir, aumentar la intensidad del haz) crea un rápido aumento de temperatura en el punto más agudo. enfocar. ^{[ cita necesaria ]} ${\displaystyle {\frac {-\partial I}{\partial \mathrm {z} }}=2\alpha I=Q}$

El haz de ultrasonido se puede enfocar de estas maneras:

• Geométricamente, por ejemplo con una lente o con un transductor curvado esféricamente .
• Electrónicamente, ajustando las fases relativas de los elementos en una serie de transductores (una " matriz en fase "). Al ajustar dinámicamente las señales electrónicas a los elementos de una matriz en fase, el haz se puede dirigir a diferentes ubicaciones y se pueden corregir las aberraciones en el haz de ultrasonido debidas a las estructuras del tejido. ^{[ cita necesaria ]}
• El supuesto ideal anterior se adopta con la condición de que no haya reflexión, ni absorción ni difusión del tejido intermedio. El ultrasonido en sí puede penetrar el material incompresivo como el agua del grifo, el agua de mar, pero el material compresivo como el aire, el caucho, el tejido humano. Grasa, fibra, hueso hueco, fascia, esos tejidos reflejan, absorben y difunden la energía del ultrasonido.

Entrega de haz

La entrega del haz consiste en la dirección del haz y la guía de imágenes. El haz tiene la capacidad de atravesar los tejidos superpuestos sin dañar y enfocarse en un área localizada con un tamaño límite de 2-3 mm, que está determinada por la frecuencia clínica del ultrasonido. 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 distancia focal fija. ^[31] Los transductores Phased Array también se pueden utilizar con diferentes disposiciones (plano/cuenco). ^[31]

Guía de imagen

La terapia HIFU requiere un seguimiento cuidadoso y, por lo general, se realiza junto con otras técnicas de imagen.

Las imágenes preoperatorias, por ejemplo CT y MRI , generalmente se utilizan para identificar parámetros generales de la anatomía objetivo. Por otro lado, las imágenes en tiempo real son necesarias para una localización no invasiva segura y precisa y para la monitorización de la terapia. Tanto la resonancia magnética como la ecografía médica se han utilizado como guía en el tratamiento FUS. Estas técnicas se conocen como Cirugía de Ultrasonido Focalizada guiada por Resonancia Magnética (MRgFUS) ^{[32] [33]} y Cirugía de Ultrasonido Focalizada guiada por Ultrasonido (USgFUS) respectivamente. ^{[4] [34]} MRgFUS es una técnica de imágenes 3D que presenta un alto contraste de los tejidos blandos y proporciona información sobre la temperatura, lo que permite monitorear la ablación. Sin embargo, la baja velocidad de cuadros hace que esta técnica funcione mal en imágenes en tiempo real y los altos costos representan una limitación significativa para su uso. ^[35] USgFUS, por el contrario, es una técnica de imágenes 2D en la que, aunque hasta ahora 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), Bajo costo y mínimos efectos adversos para la salud. Otra razón por la que el ultrasonido es ideal para la guía de 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 de ultrasonido antes y durante la terapia HIFU, entonces es poco probable que la terapia HIFU sea efectiva en esa región específica. ^[36] Además, los resultados del tratamiento se pueden estimar en tiempo real mediante la inspección visual de los cambios hiperecoicos en imágenes de modo B estándar. ^[37]

Referencias

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enlaces externos

• Ultrasonido Terapéutico en Curlie