Vävnadsbehandling med högenergetiskt ultraljud

Transkript

1 Vävnadsbehandling med högenergetiskt ultraljud Jonas Brink, Marcus Holm, Trygve Sjöberg, Nils-Gunnar Holmer Avdelningarna för medicinsk teknik och thoraxkirurgi Universitetssjuk huset i Lund

2 Målsättning Målsättningen är att: Med fokuserat ultraljud selektivt värma lokala vävnadsområden inuti kroppen till önskad temperatur. Studera temperaturförändringarnas förlopp. Undersöka blodflödets betydelse för uppvärmningen inuti grismuskel. Försöka hålla effekten vid vävnadsdestruering så låg att inga övriga skador uppstår (tex hudrodnad.).

3 Teori Absorption, dämpning När en ultraljudvåg passerar genom ett material/vävnad absorberas energin och vågen dämpas ut. Den del av vågen som absorberas övergår huvudsakligen till värmeenergi. Det matematiska uttryck som beskriver detta fenomen är. I x = I 0 e α f x I, vågens intensitet (vilken är kvadratiskt beroende av vågens amplitud.) I 0, intensitet vid x=0. I x, intensitet hos en våg med frekvens f efter gångväg x i ett material med absorptionskoefficient α. α, absorptionskoefficient f, frekvens x, gångväg Absorptionen α i vävnad varierar vanligen mellan 0,3-0,7 db/cm/mhz

4 1,6 MHz Ultraljudsgivare Ultraljudsgivarens diameter är 50 geometriskt fokus är 100 mm. mm och db z mm x Teoretiskt beräknade intensitetsbilder, färgkodat plan (underst) resp. centrumlinjeplot i logaritmisk skala (överst). Givaren befinner sig till vänster om fältbilderna och har sin utbredningsriktning åt höger. Bilderna är i skala 1:1. α=0,6 z

5 1 MHz Ultraljudsgivare Givare under montering. 1 MHz linjefokuserad x db y z x mm Teoretiskt beräknad och färgkodad intensitetsplot i xz-planet, naturlig storlek. Till höger finns en tvärsnittsbild i fokus med logaritmisk skala. α=0,6 x z db y z z mm Teoretiskt beräknad och färgkodad intensitetsplot i yz-planet, naturlig storlek. Till höger finns en centrumlinjeplot i logaritmisk skala. α=0,6

6 Mätuppställning Y X Plexiglasrör Ultraljudsgivare Avluftat vatten Grisskinka Muskel Mätuppställningens elektronik genererar och förstärker såväl signal till ultraljudsgivaren och samlar in data från temperaturmätningen i fokus. Temperaturmätningen sker via termoelement vilka placeras i grisskinkan mha kanyler. Den akustiska kopplingen mellan ultraljudsgivaren och grisskinkan består av avluftat vatten i ett plexiglasrör (se figur). Metoden med ett mot grishuden tätat plexiglasrör medger även justeringsmöjligheter i samtliga riktningar. För att riktningsverkan skall bli noggrann används ett mobilt xyz-bord vilket kan beskådas i vänsterkanten på fotot.

7 Resultat: Blodflödesinverkan Temperaturhöjning i griskinka 1.6 MHz, 1 W Effekt av temp (C) Köttemperatur död Köttemperatur levande tid (s) I detta försök värmdes grisskinkan med en fokuserad 1,6 MHz givare vilken matades med 1W. Temperaturen registreras med ett termoelement i fokus. När mätningen på den levande grisen var genomförd avlivades djuret farmakologiskt, utan att mätuppställningen ändrades. När grisen var död genomfördes omedelbart en ny mätning under samma förutsättningar (temperatur, position osv). Den enda skillnaden var avsaknaden av blodflöde.

8 Resultat: Vävnadsdestruktion UL-uppvärmning av gris 1.6 MHz, 18 W, Kött (levande gris 25 kg) (2) Effekt av 80 temp (C) (1) Givartemperatur Referenstemperatur tid (s) Skadan (ljus fläck) framdissekerad efter försöket nedan. Detta försök syftade till att destruera vävnad i en stor skinkmuskel. Metoden var samma som i föregående försök utom att effekten till ultraljudsgivaren var 18W. Temperaturen steg hastigt upp till 70 C (1). Därefter fortsatte temperaturen att stiga men betydligt långsammare. Detta beror på att köttets akustiska egenskaper förändras. När temperaturen nått ca 95 C (2) avtog den trots fortsatt utsänd effekt. En ändring i akustisk impedans med reflektion som följd ger en fokusförflyttning mot givaren. Det medför att termoelementet gradvis kommer ur fokus.

9 Slutsats Det är möjligt att med rimlig energi värma vävnad till en önskad temperatur. Uppvärmningen är mycket lokal. Inga skador utanför fokus har uppmärksammats. Blodflödets inverkan i detta fall (skinkmuskel, gris) har visat sig vara försumbar. Det finns många intressanta tillämpningar inom hälso- och sjukvården för selektiv vävnadsuppvärmning eller tom destruktion. För att nämna några exempel: - Behandling av bröstcancer, levercancer mm. - Vävnadsdestruktion vid annan lokal hypertrofi.