Сорокин С.Д., Цысарь С.А., Сапожников О.А., Кадрев А.В., Хохлова В.А. «Измерение акустических параметров фантомов биологических тканей» Акустический журнал, 71, № 5S, с. 83 (2025)

Создание фантомов с акустическими свойствами, близкими к биологическим тканям, является важной задачей для обеспечения повторяемости условий экспериментов по разработке новых методов ультразвуковой диагностики и терапии, калибровке и регулярном тестировании работы излучателей лабораторных и клинических установок. Характеризация акустических параметров создаваемых фантомов представляет собой отдельную метрологическую задачу. В работе были проведены измерения плотности, скорости звука, частотно-зависимого коэффициента поглощения, сдвигового модуля и параметра нелинейности образцов прозрачных гелевых фантомов на основе силикона, полиакриламида, агарозы и ПВХ пластизоля с различной жесткостью и примесями. Измерения плотности проводились с помощью весов и метода Архимеда. Скорость звука и коэффициент поглощения измерялись с использованием метода замещения, сдвиговый модуль был измерен в фантомах с рассеивателями при помощи ультразвукового сканера в режиме эластографии сдвиговой волной. Была проведена оценка точности полученных экспериментальных данных, произведено сравнение параметров различных типов мягких тканей человека и параметров фантомов, имитирующих ее свойства. Ключевые слова: ультразвук, фантомы, скорость звука, коэффициент поглощения, коэффициент нелинейности

Абакумова Т.О., Травникова Д.Ю., Шашковская В.С., Белоусов В.В. «Разработка стимул-чувствительных методов доставки лекарств для сенсибилизации глиом» Акустический журнал, 71, № 5S, с. 86 (2025)

Поиск новых терапевтических мишеней и разработка методов для сенсибилизации опухолевых клеток является перспективным направлением в терапии глиобластом – одной из наиболее агрессивных и трудноизлечимых опухолей. Ингибирование онкогенного белка PSMD10 позволяет снизить пролиферацию опухолевых клеток, стимулирует апоптоз и инициирует гибель клеток. Использование частиц для доставки лекарств, а также открытие гемато-энцефалического барьера при помощи сфокусированного ультразвука позволяет увеличить концентрацию препарата в опухолевом очаге, снижая побочное действие на организм. Целью работы является разработка полимерных и липидных систем доставки препаратов для сенсибилизации глиобластом и улучшение их накопления с помощью сфокусированного ультразвука. На первом этапе было показано, что уровень экспрессии онкогенного белка PSMD10 коррелирует с развитием опухолевого процесса, а его подавление позволяет повысить чувствительность клеток глиомы к препарату выбора – темозоломиду на культуре клеток глиомы. Далее нами были синтезированы полимерные и липидные частицы субмикронного диапазона (от 100 до 800 нм) для доставки малых интерферирующих РНК и темозоломида мышам с моделью глиобластомы. Было оценено влияние параметров сфокусированного ультразвука на стимул-чувствительное высвобождение препаратов, а также оценена безопасность воздействия на здоровую ткань. При помощи флуоресцентной томографии было показано, что использование сфокусированного ультразвука позволило значительно увеличить накопление частиц в очаге глиомы, а также уменьшить размер опухоли при систематическом введении. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ 22-75-10151. Ключевые слова: миРНК, темозоломид, глиома, сфокусированный ультразвук

Булгакова Ю.В. «Исследование акустических характеристик материалов фантомов для обучения навыкам регионарной анестезии» Акустический журнал, 71, № 5S, с. 83 (2025)

Фантомы необходимы для обучения и отработки навыков ультразвуковой диагностики, поэтому характеристики материалов, из которых они изготавливаются, должны максимально соответствовать свойствам живых тканей. Для выполнения этого требования при разработке фантомов используют агар-агар, желатин и куриное мясо. Однако такие материалы имеют свои недостатки, а именно: подверженность росту бактерий, высыханию, а также недостаточное анатомическое сходство с моделируемым органом, поэтому целесообразно использование иных материалов. Применение специальных полимеров позволяет преодолеть перечисленные недостатки и достичь необходимого уровня эхогенности и износостойкости. Эти характеристики являются определяющими для многократного использования фантома в обучении навыкам малоинвазивных анестезиологических манипуляций. Однако эти материалы недостаточно изучены с точки зрения акустических характеристик, которые в значительной степени зависят от химического состава образцов. Ключевые аспекты исследования включают измерение затухания и скорости распространения звука в тканеимитирующих материалах. Критерии выбора материалов основаны на сопоставимости эхогенности и способности адекватно имитировать акустические свойства тканей человека. В работе представлены результаты измерений акустических характеристик материалов, сопоставимых с параметрами тканей человека, а именно: мягких тканей, костей, нервов и сосудов, которые моделируются в фантоме. Ключевые слова: ультразвуковая диагностика, тканеимитирующие материалы, акустические характеристики, регионарная анестезия, фантом

Сахарова Г.М., Крохмаль А.А., Галимова Р.М., Хатмуллина А.Н., Набиуллина Д.И., Бузаев И.В., Авзалетдинова Д.Ш., Чупова Д.Д., Хохлова В.А. «Увеличение акустической прозрачности черепа после приема бисфосфонатов» Акустический журнал, 71, № 5S, с. 84-85 (2025)

Метод тепловой абляции с помощью фокусированного ультразвука под контролем МРТ успешно используется для лечения болезни Паркинсона, эссенциального тремора и дистонии. Ключевым критерием отбора пациентов является величина, характеризующая усредненное отношение минимальной и максимальной плотности черепа (показатель SDR>0.35), не всегда гарантирующая успех операции. Исследования показывают, что прием бисфосфонатов может повысить плотность костной ткани, что позволяет проводить операцию даже при изначально низком SDR. В работе рассмотрены 5 клинических случаев, где первая попытка тепловой абляции на аппарате ExAblate Neuro 4000 оказалась неудачной. У 4 из 5 пациентов SDR был выше порогового значения (0.32–0.42). После 6–12 месяцев терапии алендроновой кислотой, витамином D и кальцием все пациенты успешно прошли повторную процедуру. SDR увеличился у 4 пациентов (в среднем до 0.424±0.045), а в одном случае снижение с 0.39 до 0.37 не помешало успеху операции. Средняя максимальная фокальная температура повысилась с 53.6±4.0 до 55.7±4.1°C (p=0.018), а максимальная температура у каждого пациента увеличилась с 57.0±2.4 до 60.2±1.8°C (p=0.031). Анализ КТ-изображений показал уплотнение костной ткани: уменьшилась доля вокселей с низкой плотностью и увеличилась доля с высокой. Трехмерная регистрация выявила локальные изменения плотности, замещение дефектов и зарастание пустот. Визуальный анализ изменений может быть полезен для принятия решения о повторной операции, так как SDR не всегда отражает ультразвуковую проницаемость кости. Ключевые слова: терапевтический ультразвук, тепловая абляция, медицинский ультразвук, транскраниальный фокусированный ультразвук

Чупова Д.Д., Росницкий П.Б., Крохмаль А.А., Солонцов О.В., Сахарова Г.М., Галимова Р.М., Бузаев И.В., Сапожников О.А., Хохлова В.А. «Влияние внутренней структуры костей черепа человека на искажение ультразвукового пучка при транскраниальной фокусировке ультразвука в мозг» Акустический журнал, 71, № 5S, с. 85 (2025)

Высокоинтенсивный фокусированный ультразвук является активно развивающимся методом неинвазивной транскраниальной хирургии и уже применяется в клинической практике преимущественно для лечения эссенциального тремора и тремора, возникающего при болезни Паркинсона. Метод заключается в фокусировке ультразвукового пучка через кости черепа в центральную область мозга, сопровождающейся локализованным нагревом и некрозом тканей в области фокуса. Важным фактором, влияющим на прохождение ультразвука, является степень однородности внутренней структуры костей черепа. Для ее оценки используется параметр SDR (Skull Density Ratio), вычисляемый как отношение плотностей трабекулярной и кортикальной костей черепа. Для пациентов с низким значением SDR возможно проведение медикаментозной терапии с целью уплотнения костной ткани. В работе были рассмотрены анонимизированные данные КТ пациентов до и после лекарственной терапии. На их основе были построены трехмерные акустические модели голов пациентов и с помощью программного пакета k-wave проведено моделирование поля фокусирующего 256-элементного компактного ультразвукового излучателя с рабочей частотой 1.2 МГц с учетом и без учета компенсации аберраций. Расчет поля проводился через различные участки черепа путем поворота излучателя. Проведено сравнение степени искажений пучка участками черепа до и после лекарственной терапии, оценка максимального давления в фокусе и качества фокусировки после проведения компенсации аберраций. Получено, что для пациентов после лечения характерно меньшее искажение ультразвукового пучка, а также более высокие значения давления в фокусе излучателя. Ключевые слова: медицинский ультразвук, многоэлементные решетки, ультразвуковая транскраниальная хирургия, компьютерная томография

Пономарчук Е.М., Тома Ж., Сонг М., Хохлова В.А., Хохлова Т.Д. «Методы компенсации дыхательных движений при гистотрипсии с кипением тканей печени и почек свиньи» Акустический журнал, 71, № 5S, с. 85-86 (2025)

Гистотрипсия с кипением (ГК) – один из методов неинвазивной ультразвуковой (УЗ) хирургии, использующий мощные фокусированные УЗ-импульсы миллисекундной длительности для механического разрушения целевой биоткани под УЗИ-контролем. При воздействии на органы брюшной полости дыхательные движения уменьшают точность ГК-воздействия. В работе сравнивались два метода компенсации дыхательных движений, основанные на эхо-импульсном отслеживании движения кожи вдоль оси УЗ-пучка, т.е. перпендикулярно поверхности кожи. В первом методе компенсация проводилась с помощью роботизированной руки, перемещающей ГК-излучатель вдоль оси УЗ-пучка. Во втором методе проводилось отключение ГК-импульсов при смещении кожи, превышающем пороговое, т. е. на фазе вдоха. Объемные ГК-разрушения получались в печени и почках анестезированных свиней импульсами 2–10 мс с помощью 256-элементного 1.5МГц излучателя. Прицеливание, отслеживание движений и визуализация воздействия осуществлялись УЗИ-датчиком, коаксиальным с ГК-излучателем. Размеры зон полностью и частично разрушенной ткани, полученные с использованием рассматриваемых двух методов компенсации движений или без них, измерялись гистологически. Показана синхронность дыхательных движений печени и почек с движением кожи. Из-за превалирования дыхательных движений поперек оси УЗ-пучка, компенсация только вдоль оси оказалась недостаточной для предотвращения внецелевого повреждения ткани в поперечном направлении. Отключение импульсов на фазе вдоха, благодаря синхронности дыхательных движений в обоих направлениях, позволило увеличить точность воздействия. Таким образом, отключение импульсов увеличило время разрушения на 24%, обеспечивая при этом его полноту и точность. Ключевые слова: мощный фокусированный ультразвук, неинвазивная хирургия, гистотрипсия, дыхательное движение, компенсация

Осминкина Л.О., Кудрявцев А.А. «Наночастицы пористого кремния: новые подходы к неинвазивной терапии с использованием медицинского низкоинтенсивного ультразвука» Акустический журнал, 71, № 5S, с. 86-87 (2025)

Сонодинамическая терапия представляет собой перспективный метод неинвазивного лечения злокачественных опухолей, сочетающий воздействие низкоинтенсивного ультразвука с применением соносенсибилизаторов – агентов, повышающих чувствительность опухолевых клеток к ультразвуковому излучению. Особый интерес в последние годы представляют наночастицы пористого кремния (pSi NPs), обладающие высокой биосовместимостью, способностью к биодеградации до нетоксичной кремниевой кислоты, а также выраженной фотолюминесценцией, обусловленной квантово-размерными эффектами. В работе показано, что одной из ключевых особенностей pSi NPs является способность выступать в роли центров нуклеации кавитационных пузырьков, что значительно снижает порог возникновения кавитации и усиливает ультразвуковое воздействие на опухолевые ткани. Кавитационные эффекты приводят к механическому разрушению клеточных мембран и гибели клеток. Кроме того, даже на докавитационной стадии pSi NPs способны индуцировать апоптоз, что способствует селективному устранению опухолевых клеток без развития воспаления. Комбинированное воздействие ультразвука и pSi NPs демонстрирует синергетический эффект и высокую эффективность как in vitro, так и in vivo. Таким образом, pSi NPs являются многообещающей платформой для разработки новых стратегий неинвазивной онкотерапии. Ключевые слова: сонодинамическая терапия, пористый кремний, наночастицы, медицинский ультразвук, кавитация

Карзова М.М., Пестова П.А., Цысарь С.А., Хохлова В.А. «Тепловое разрушение биоткани в ударно-волновых импульсно-периодических фокусированных ультразвуковых полях» Акустический журнал, 71, № 5S, с. 87-88 (2025)

Воздействие мощным фокусированным ультразвуком (HIFU) используется в клинической практике для получения теплового некроза биоткани при ее локальном нагревании в фокальной области ультразвукового пучка. Формирование объемных тепловых разрушений, состоящих из множественных единичных, происходит за счет тепловой диффузии, что приводит к неопределенности конечной формы разрушения и возможным нежелательным повреждениям окружающих тканей. В работе исследованы импульсно-периодические ударно-волновые режимы облучения с постоянной по времени средней мощностью, при этом увеличение пиковой мощности компенсируется увеличением скважности. Главным преимуществом режимов с большой пиковой мощностью и соответствующим сильным проявлением нелинейных эффектов является образование в фокусе ударных фронтов в профиле волны и, как следствие, быстрое получение единичных разрушений в строго заданном объеме за счет эффективного тепловыделения на ударных фронтах. Представлены результаты проведенных лабораторных экспериментов ex vivo по созданию объемных тепловых разрушений в различных биологических тканях. В качестве источника мощного ультразвука использовался одноэлементный излучатель с частотой 1.2 МГц, фокусным расстоянием 120 мм и полной апертурой 120 мм. Показано, что использование импульсно-периодических ударно-волновых режимов облучения позволяет получить разрушения с резкой границей между коагулированной и интактной тканью, в несколько раз увеличить скорость тепловой абляции по сравнению с непрерывным режимом облучения с той же средней мощностью, а также визуализировать процесс формирования разрушения с помощью диагностического ультразвука за счет рассеяния на пузырьках кипения. Ключевые слова: фокусированный ультразвук, нелинейные волны, ударный фронт, HIFU

Коннова Е.О., Карзова М.М., Хохлова В.А., Юлдашев П.В. «Численная модель описания трехмерных акустических полей в неоднородных средах с использованием широкоугольного параболического приближения» Акустический журнал, 71, № 6, с. 762-779 (2025)

Представлен численный метод расчета акустического поля в плавно-неоднородной среде, основанный на использовании трехмерной широкоугольной параболической модели и разложении модифицированного пропагатора однонаправленного волнового уравнения в операторный ряд Фурье. Рассмотрена задача фокусировки ультразвукового пучка, создаваемого излучателем с параметрами, характерными для устройств неинвазивной ультразвуковой хирургии, в среде с плавной неоднородностью, имитирующей неоднородности мягких биологических тканей. Выполнен поиск оптимальных значений свободных параметров модифицированного пропагатора, позволяющих получить наименьшую ошибку аппроксимации пропагатора рядом Фурье с конечным числом гармоник. Проведено сравнение результатов моделирования, полученных на основе разработанного метода и с использованием эталонной полноволновой псевдоспектральной численной модели “k-Wave”.