Чупова Д.Д., Росницкий П.Б., Солонцов О.В., Гаврилов Л.Р., Мершина Е.А., Синицын В.Е., Хохлова В.А. «Возможности компенсации аберраций при транскраниальной фокусировке мощного ультразвука в область мозга для черепов различной внутренней структуры и геометрии» Сборник трудов XXXIV Всероссийской школы-семинара «Волновые явления: физика и применения» имени А.П. Сухорукова («Волны-2023»). 28 мая – 02 июня 2023 г., с. 4-5 (2023)

Метод ультразвуковой нейрохирургии позволяет проводить операции на мозге неинвазивно. Идея метода состоит в фокусировке ультразвукового пучка через невскрытый череп в заданные участки мозга, что приводит к быстрому локальному нагреву ткани в фокальной области и ее последующему разрушению. Кости черепа сильно искажают ультразвуковой пучок, поэтому для эффективного и безопасного облучения необходимо компенсировать возникающие аберрации. Однако на практике не всегда удается успешно провести коррекцию аберраций и для ряда пациентов неинвазивная ультразвуковая хирургия остается недоступной, что связано с индивидуальными особенностями строения черепа пациента. Таким образом, целью данной работы было исследование влияния особенностей строения черепа на искажение ультразвукового пучка и возможности компенсации аберраций при облучении семи черепов различных пациентов с использованием нового класса излучателей компактной формы.

Солонцов О.В., Чупова Д.Д., Росницкий П.Б., Гаврилов Л.Р., Мершина Е.А., Синицын В.Е., Хохлова В.А. «Влияние анатомических особенностей головы человека на диапазон глубин эффективной фокусировки при транскраниальном облучении глубоких структур головного мозга» Сборник трудов XXXIV Всероссийской школы-семинара «Волновые явления: физика и применения» имени А.П. Сухорукова («Волны-2023»). 28 мая – 02 июня 2023 г., с. 6-7 (2023)

При проведении транскраниальных операций с использованием фокусированного ультразвука необходимо учитывать наличие акустических неоднородностей на пути ультразвукового пучка, вызванных различием акустических свойств тканей головы. Анатомические особенности черепа пациента могут оказывать значительное влияние на результат облучения. Для коррекции аберраций используются многоэлементные фазированные решетки и акустические модели головы, построенные на основе данных компьютерной томографии (КТ). На сегодняшний день на практике проводятся операции с помощью систем ExAblate – 1024-элементных полусферических решеток от компании Insightec Ltd. Недавно появился новый класс компактных решеток с абсолютно плотным заполнением поверхности элементами. Такие решетки можно смещать относительно головы, увеличивая таким образом область воздействия. Однако, важно учитывать влияние анатомических особенностей строения головы пациента на область эффективного и безопасного облучения. В клинической практике применяются лучевые методы компенсации аберраций, однако они не учитывают большое количество волновых эффектов. В то же время дифракционные методы коррекции требуют серьезных временных затрат. Цель данной работы заключается в сравнении диапазона эффективных и безопасных глубин фокусировки на примере КТ семи черепов для лучевых и дифракционных методов компенсации аберраций.

Пестова П.А., Юлдашев П.В., Хохлова В.А., Карзова М.М. «Влияние траектории облучения на скорость тепловой абляции и объем разрушенной биоткани при ударно-волновом воздействии фокусированным ультразвуком» Сборник трудов XXXIV Всероссийской школы-семинара «Волновые явления: физика и применения» имени А.П. Сухорукова («Волны-2023»). 28 мая – 02 июня 2023 г., с. 8-10 (2023)

В неинвазивной хирургии с помощью технологии HIFU (от англ. аббревиатуры High Intensity Focused Ultrasound) возможно создать тепловое разрушение биологической ткани, используя ее локальный нагрев фокусированными ультразвуковыми волнами. Несмотря на доказанную эффективность применения данной технологии в клинической практике, у нее выделяют некоторые ограничения, среди которых невысокая скорость тепловой абляции и возможность нежелательного перегрева близко расположенных тканей из-за неопределенности конечного размера разрушения вследствие его удлинения вдоль оси излучателя за счет тепловой диффузии. Для нивелирования данных ограничений было предложено использовать импульсно-периодические ударно-волновые режимы облучения, в которых в фокальном профиле волны формируется ударный фронт. Образование ударного фронта сопровождается резким поглощением энергии ультразвукового пучка на разрыве, в результате чего происходит формирование единичного теплового разрушения в течение миллисекунд. Для создания объемных разрушений фокус излучателя перемещают по дискретной траектории в плоскости, перпендикулярной направлению распространения пучка. В клинической практике используются квазигармонические режимы облучения, в которых происходит многократное обучение дискретных фокусов траектории, состоящей из концентрических окружностей с радиусами 2, 4, 6 и 8 мм. При облучении в ударноволновых режимах необходимости повторного облучения каждого дискретного фокуса траектории нет, поскольку единичное разрушение формируется в течение однократного воздействия. Ранее было предложено рассматривать траектории с равномерным заполнением дискретными фокусами планируемой формы разрушения (т.н. «равномерные» траектории) и формировать объемные тепловые разрушения в ткани путем однократного облучения каждого дискретного фокуса в ударно-волновом режиме. Однако остается актуальным вопрос, влияет ли порядок облучения дискретных фокусов «равномерной» траектории на объем создаваемого разрушения, его форму, а также на скорость тепловой абляции и характер распределения температурного поля. Целью настоящей работы являлось сравнение вышеуказанных параметров создаваемого объемного теплового разрушения при облучении ткани в ударно-волновом режиме с использованием трех различных последовательностей облучения дискретных фокусов «равномерной» траектории («спиралевидная», «клиническая», «змейка»).

Нартов Ф.А., Хохлова В.А. «Исследование возможностей электронного перемещения фокуса линейной ультразвуковой фазированной решётки для использования в терапии и её визуализации» Сборник трудов XXXIV Всероссийской школы-семинара «Волновые явления: физика и применения» имени А.П. Сухорукова («Волны-2023»). 28 мая – 02 июня 2023 г., с. 13-14 (2023)

На сегодняшний день активно исследуются возможности использования ультразвука для повышения эффективности адресной доставки лекарств. С помощью фокусированного ультразвука возможно возбуждение инерционной кавитации, повышающей проницаемость стенок сосудов для молекул лекарств. В недавних исследованиях, проводившихся на опухолях поджелудочной железы мышей in vivo, было установлено, что с помощью импульсного фокусированного ультразвука высокой интенсивности возможна генерация нелинейных волн с ударными фронтами, достаточными для возбуждения кавитации в биологических тканях без дополнительного введения контрастных агентов. На основании результатов исследования был разработан и изготовлен ультразвуковой излучатель, способный как генерировать ультразвуковые волны с нелинейными ударными фронтами достаточной амплитуды для генерации инерционной кавитации, так и визуализировать объекты сантиметровых размеров для осуществления контроля за облучением. Целью данной работы было исследование пространственной структуры поля произведённого излучателя в линейном режиме его работы и сравнение границ диапазона электронного сканирования со значениями, полученными при его проектировании. Исследуемый 64-элементный прямоугольный излучатель с рабочей частотой 1,05 МГц был изготовлен компанией Sonic Concepts (Bothell, US). Фокусировка в плоскости изображений достигалась путём электронного задания фазы колебаний для каждого элемента, в вертикальной плоскости фокусировка. Для характеризации поля произведённого излучателя использовался метод акустической голографии.