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O ultrassom focalizado de alta intensidade (HIFU) é uma terapia térmica não invasiva em estágio inicial usada para tratar uma variedade de condições médicas, incluindo distúrbios neurológicos e alguns tipos de câncer. Agora, pesquisadores da Universidade da Cidade de Hong Kong desenvolveram um sistema HIFU baseado em matriz que integra imagens de ultrassom (US) e fotoacústica (PA) em tempo real para melhorar a administração do tratamento. O sistema fornece informações estruturais e de temperatura com as quais orientar a terapia, superando os desafios anteriores de longos tempos de tratamento e orientação de imagem imprecisa ou cara.

O HIFU oferece as vantagens de penetração profunda, tamanho de ponto de ablação controlável e baixo custo de hardware. Uma grande desvantagem, no entanto, são os tempos de tratamento geralmente longos, devido a pontos focais menores que a dimensão real da região de tratamento e profundidades de foco fixas. A varredura mecânica demorada pode causar desalinhamento entre o ponto de tratamento designado e o foco HIFU real. Para minimizar os danos aos tecidos saudáveis ​​circundantes, o controle preciso e oportuno da dose é fundamental.

A combinação de imagens de ultrassom com HIFU pode fornecer monitoramento em tempo real a baixo custo, mas tem sido inadequada para uso clínico devido à sensibilidade insuficiente à temperatura para orientar com precisão o tratamento HIFU. O novo sistema, desenvolvido por Yachao Zhang e Lidai Wang e descrito em Biomedical Optics Express, resolve muitos problemas conectando o transdutor de imagem PA/US e o transdutor HIFU a um único sistema de aquisição de dados e programando a imagem PA/US e a transmissão HIFU de forma síncrona .

O transdutor HIFU baseado em matriz possui uma ampla faixa de direção dinâmica nas direções axial (40 mm) e lateral (16 mm). Os pontos de tratamento são movidos eletronicamente ajustando o mapa de fase de excitação, tornando viável o tratamento de vários pontos relativamente rápido, a 15 s/ponto. Zhang e Wang aconselham que, como o transdutor HIFU de vários elementos também pode ser usado para adquirir imagens de ultrassom e alinhar com o transdutor de imagem na direção axial, o tedioso processo de calibração espacial entre transdutores terapêuticos e de diagnóstico pode ser evitado. O aplicador HIFU seleciona a região de ablação automaticamente, com base no feedback das imagens de modo duplo.

O novo sistema HIFU/PA/US consiste em quatro componentes principais. Uma sonda HIFU/imagem integra um transdutor HIFU de 128 canais e um transdutor linear de imagem Phased Array. O sistema de aquisição de dados possui 256 canais, metade usada para terapia HIFU e a outra metade para imagens PA/US. A configuração também inclui um sistema óptico, compreendendo um laser oscilador paramétrico óptico sintonizável e um laser Q-switched Nd: YAG. Finalmente, a unidade de controle inclui um controlador de movimento para traduzir a amostra e um controlador de sequência para sincronizar a transmissão HIFU, a imagem PA e US e o monitoramento de temperatura baseado em PA.

Para demonstrar a ablação dinâmica de vários pontos usando o transdutor HIFU, os pesquisadores projetaram um padrão de ablação circular com nove pontos-alvo e o usaram para ablação de um fantasma de polidimetilsiloxano (PDMS). Usando as informações de posição, o sistema HIFU removeu automaticamente cada ponto por 15 s. O padrão de ablação na amostra PDMS combinou bem com o projeto planejado.

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Os pesquisadores também testaram o sistema usando tecido de peito de frango fresco. Eles usaram transmissão sequencial HIFU, imagem PA, termometria PA e imagem US para exibir imagens de modo duplo e registrar mudanças de temperatura do ponto alvo, verificando se o sistema pode monitorar o progresso da terapia HIFU em tempo real. Os experimentos validaram a capacidade de direção precisa e dinâmica da ablação HIFU e demonstraram que as informações estruturais e funcionais geradas por imagens duplas co-registradas podem posicionar com precisão a terapia HIFU e manter o controle da dose.

"Devido às vantagens da imagem multimodal e da terapia não invasiva, o sistema trimodal ainda apresenta grandes perspectivas na aplicação clínica", concluem Zhang e Wang.