高强度聚焦超声：一种新型的非侵入性癌症治疗

一个研究团队研究了使用高强度的超声用作非侵入性癌症治疗方法，该治疗方法是通过靶向声波破坏癌细胞的作用。该研究发表在数学生物学公告。

什么是高强度专注的超声波？

高强度聚焦超声（HIFU）是一种使用热量破坏组织的技术。在癌症治疗的背景下，它针对患病的组织以热灌溉癌细胞。它起作用向目标组织传递能量，将温度提高到细胞毒性水平，通常为50-80°C（或更高）。

“ HIFU是一种治疗技术，它利用非电离超声波（与放射疗法等电离疗法相反）来加热或消融肿瘤。HIFU也可以用来通过热和机械机制来增加血流或破坏组织。”该研究的高级作者解释说，Siv Sivaloganathan，是滑铁卢大学的应用数学家和研究人员。

根据Sivaloganathan的说法，HIFU在肿瘤学领域的临床应用可以广泛分为三个区域：体外，间质和直肠直肠：“使用体外探针主要通过皮肤靶向肿瘤病变，已经开发了直肠仪器。为了治疗前列腺癌和间质装置，已经开发出来治疗胆道管的食管肿瘤和肿瘤。”

使用HIFU的优点和缺点

与放疗HIFU或化学疗法都用于治疗实体瘤，HIFU与最小的不良反应有关 - 特别是因为HIFU没有电离。但是，仍有挑战要解决。Sivaloganathan阐述了：“……由于超声波的软组织吸收导致的温度升高，正常组织也可能受损。”因此，为确保治疗保持安全有效，必须在整个过程中对温度进行监控和控制。

Sivaloganathan 他的团队正在创建数学模型来探索HIFU能量沉积在生物组织中的影响，从而克服了对动物的需求体内评估患者风险的模型。

“物理实验几乎总是需要使用动物模型，并带有相关的道德问题（更不用说相关的财务成本了）。此外，调整热剂量和给药频率，几乎总是需要使用和牺牲许多动物。相反，数学/计算模型可以实现数千个”在硅中“实验并消除了动物实验的需求，直到最后。” Sivaloganathan说。

一种称为磁共振（MR）温度计已经有效地实时映射软组织中的温度场，尤其是水含量高的温度场。然而，Sivaloganathan解释说：“在骨质骨瘤和其他骨癌的情况下，由于骨骼中的水非常低，因此MR-Thermometry无效。”

在这些情况下，数学模型可以帮助预测HIFU给药时温度场的演变，并防止健康组织破坏和对骨髓的损害。Sivaloganathan说：“在我们的工作中，我们使用数学模型（由耦合的热和波方程组成，以及热剂量方程）来预测温度场的演变。”

超越癌症 - HIFU的更广泛的应用

Sivaloganathan指出，HIFU的潜力超出了其用作癌症疗法或诊断工具的潜力。它也可以用于凝结溶解和药物输送与纳米颗粒结合时，或通过超声处理- 将毛孔引入细胞膜的过程。

HIFU可用于诱导不稳定或“瞬态”空化的物理现象，以分解血管中的凝块，这涉及突然气泡的形成和崩溃，导致对细胞有害的能量释放。另一方面，稳定的空化有可能通过增加细胞膜渗透性和通过该药物释放的血脑屏障来促进疗法向大脑传递。振荡的气泡产生的大小振荡，没有崩溃。

参考： Efendiev MA，Murley J，Sivaloganathan S.均匀吸引子的维度估计值，用于高强度聚焦超声诱导的热疗模型。公牛数学生物。2021; 83（9）：95。doi：10.1007/s11538-021-00928-X

Siv Sivaivaloganathan正在与技术网络执行编辑Laura Elizabeth Lansdowne进行交谈。捷克葡萄牙直播