Development of a novel histotripsy method by continuous generation of cloud cavitation

开发一种通过连续产生云空化的新型组织解剖方法

基本信息

批准号：
22K19889
负责人：
吉澤晋
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19889/
关键词：
キャビテーション強力集束超音波 Histotripsy がん治療

项目摘要

非侵襲ながん治療法として最近注目されているものに，強力集束超音波（HIFU）のパルス波を用いた組織破砕治療がある．これは，Histotripsyと呼ばれ，最近では免疫賦活効果も注目されている．Histotripsyでは，非常に強力なHIFUパルス波を集束させ，HIFU焦点において減圧沸騰現象による気泡群（クラウドキャビテーション）が発生させ，この気泡群の崩壊によるエロージョンを繰り返すことで周囲組織を破砕する．そこで本研究では，低いエネルギーと高いスループットを両立する新治療法の開発を目的とし，2022年度は連続的にクラウドキャビテーションを発生させるHIFU照射方法について検討を行った．ここでは，非線形伝播したHIFU焦点波形が引き起こす”shock scattering”現象に着目した．HIFUの焦点波形は，非線形伝播と集束の効果により，短時間で絶対値の大きい正圧と，長時間で絶対値の小さい負圧から構成される．一旦キャビテーション気泡が生じると，この正圧が気泡表面で自由端反射し，絶対値の大きい負圧となって反射される．この反射波の伝播に伴ってクラウドキャビテーションが形成される現象がshock scatteringである．したがって，起点になる気泡が一度形成されれば，その気泡が溶解するよりも早くHIFU焦点を電子的に走査することで，連続的にクラウドキャビテーションを発生させることができると考えた．保有している装置でHIFU焦点の電子走査が可能な実験系の構築を行い，ゲル中に発生させた気泡群の高速度カメラ撮影実験を行った．その結果，HIFU伝播と逆方向に焦点走査を繰り返すことで，効率的にキャビテーション気泡群を生成できることがわかった．

最流行的非侵入性癌症治疗方法之一是使用强聚焦超声（HIFU）的脉冲波（HIFU）进行组织破坏治疗。这被称为组织疗法，最近它也引起了其免疫刺激作用的关注。在组织疗法中，非常强大的HIFU脉冲波是聚焦的，并且在HIFU焦点下产生了由减压沸腾现象引起的气泡基团（云空气），并且由于气泡基团的崩溃以压碎周围的组织，因此重复侵蚀。因此，这项研究旨在开发一种结合低能量和高吞吐量的新治疗方法，在2022财年，我们检查了HIFU辐照方法连续产生云空化的方法。在这里，我们专注于非线性繁殖的HIFU焦点波形引起的“冲击散射”现象。 HIFU的焦距由正压组成，其绝对值在短时间内具有较大的绝对值，并且由于非线性传播和聚焦的影响，在很长一段时间内具有较小绝对值的负压。一旦生成气泡气泡，这种正压就会由气泡表面的自由端反射，从而导致具有较大绝对值的负压。冲击散射是一种现象，在该现象中，随着反射波的传播形成云空化。因此，一旦形成了起点的气泡，就可以通过电子散布之前通过电子扫描HIFU焦点来连续产生云空化。我们构建了一个实验系统，该系统允许将HIFU的电子扫描集中在我们拥有的设备上，并进行了凝胶中产生的气泡的高速相机成像实验。结果，发现可以通过在HIFU传播的相反方向上重复焦点扫描来有效地产生气泡基团。