КОМПЕНСАЦИЯ АБЕРРАЦИЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МОЩНОГО ФОКУСИРОВАННОГО УЛЬТРАЗВУКА ДЛЯ ДЕСТРУКЦИИ МИОМЫ МАТКИ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В численном эксперименте проанализировано искажение ультразвукового пучка при фокусировке через брюшную стенку в область миомы матки и проведена оценка возможности компенсации аберраций, вносимых неоднородностями тканей тела человека. Трехмерная акустическая модель органов женского малого таза была построена на основе анонимизированных данных КТ. Расчет поля проводился путем комбинации аналитического метода расчета интеграла Рэлея и псевдоспектрального метода решения волнового уравнения в неоднородной среде (программный пакет k-Wave). Дифракционный алгоритм компенсации аберраций основан на моделировании распространения сферической волны из точки фокуса на поверхность ультразвуковой фазированной решетки и оптимизации подбора фаз на ее элементах методом наименьших квадратов. Использовалась модель 256-элементного излучателя компактной формы с рабочей частотой f = 1.2 МГц и диафрагменным числом F# = 0.75. Продемонстрированы характерные искажения поля, такие как размытие фокальной области, снижение уровня давления в основном максимуме поля и возникновение побочных максимумов, сравнимых по амплитуде с основным, в отсутствие компенсации аберраций. Проведение компенсации аберраций позволило обеспечить точную фокусировку в целевую область и увеличить амплитуду давления в фокусе в 3.2 раза.

Об авторах

Д. Д. Чупова

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: daria.chupova@yandex.ru
Москва, Россия

П. Б. Росницкий

Division of Gastroenterology, Department of Medicine, University of Washington

School of Medicine Seattle, USA

В. Е. Синицын

Университетская клиника Медицинского научно-образовательного института МГУ имени М.В. Ломоносова

Москва, Россия

Е. А. Мершина

Университетская клиника Медицинского научно-образовательного института МГУ имени М.В. Ломоносова

Москва, Россия

О. А. Сапожников

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Москва, Россия

В. А. Хохлова

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Москва, Россия

Список литературы

  1. Аганезова Н.В., Аганезов С.С., Шило М.М. Миома матки: современные практические аспекты заболевания // Проблемы репродукции. 2022. Т. 28. № 4. С. 97–105.
  2. Stewart E.A., Cookson C.L., Gandolfo R.A., Schulze-Rath R. Epidemiology of uterine fibroids: a systematic review // BJOG. 2017. V. 124. P. 1501–1512.
  3. Donnez J., Dolmans M.M. Uterine fibroid management: from the present to the future // Hum. Reprod. Update. 2016. V. 22. P. 665–86.
  4. Kramer K.J., Ottum S., Gonullu D., et al. Reoperation rates for recurrence of fibroids after abdominal myomectomy in women with large uterus // PLoS One. 2021. V. 16. № 12. P. 1–11.
  5. Yan W., Yuan S., Zhou D., et al. Status and treatment of patients with uterine fibroids in hospitals in central China: a retrospective study from 2018 to 2021 // BMJ Open. 2024. V. 14. № 1. P. 1–7.
  6. Matlac D.M., et al. Study protocol of a prospective, monocentric, single-arm study investigating the safety and efficacy of local ablation of symptomatic uterine fibroids with US-guided high-intensity focused ultrasound (HIFU) // J. Clin. Med. 2023. V. 12. № 18. P. 1–9.
  7. Liao L., Xu Y.H., Bai J., Zhan P., Zhou J., Li M.X., Zhang Y. MRI parameters for predicting the effect of ultrasound-guided high-intensity focused ultrasound in the ablation of uterine fibroids // Clin. Radiol. 2023. V. 78. № 1. P. 61–69.
  8. Сычева В.Б., Синицын В.Е., Мершина Е.А. Методика геохимической ультразвуковой абляции для лечения миом матки // Диагностическая интервенционная радиология. 2009. Т. 3 № 2. С. 77–87.
  9. Gavrilov L.R., Hand J.W. A theoretical assessment of the relative performance of spherical phased arrays for ultrasound surgery // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 2000. V. 47. № 1. P. 125–139.
  10. Ильин С.А., Юлдашев П.В., Хохлова В.А., Гаврилов Л.Р., Росницкий П.Б., Сапожников О.А. Применение аналитического метода для оценки качества акустических полей при электронном перемещении фокуса многоэлементных терапевтических решеток // Акуст. журн. 2015. Т. 61. № 1. С. 57–64.
  11. Ji Y., Hu K., Zhang Y., Gu L., Zhu J., Zhu L., Zhu Y., Zhao H. High-intensity focused ultrasound (HIFU) treatment for uterine fibroids: a meta-analysis // Arch. Gynecol. Obstet. 2017. V. 296. № 6. P. 1181–1188.
  12. Rueff L.E., Raman S.S. Clinical and technical aspects of MR-guided high intensity focused ultrasound for treatment of symptomatic uterine fibroids // Semin. Intervent. Radiol. 2013. V. 30. № 4. P. 347–353.
  13. Kong C.Y., Meng L., Omer Z.B., Swan J.S., Srouji S., Gazelle G.S., Fennessy F.M. MRI-guided focused ultrasound surgery for uterine fibroid treatment: a cost-effectiveness analysis // AJR. Am. J. Roentgenol. 2014. V. 203. P. 361–371.
  14. Khokhlova T.D., Canney M.S., Khokhlova V.A., Sapozhnikov O.A., Crum L.A., Bailey M.R. Controlled tissue emulsification produced by high intensity focused ultrasound shock waves and millisecond boiling // J. Acoust. Soc. Am. 2011. V. 130. № 5. P. 3498–3510.
  15. Canney M.S., Khokhlova V.A., Bessonova O.V. et al. Shock-induced heating and millisecond boiling in gels and tissue due to high intensity focused ultrasound // Ultrasound in Medicine and Biology. 2010. V. 36. № 2. P. 250–267.
  16. Bawiec C.R., et al. A prototype therapy system for boiling histotripsy in abdominal targets based on 256-element spiral array // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 2021. V. 68. № 5. P. 1496–1510.
  17. Ponomarchuk E., Tsysar S., Kashennikova A. et al. Pilot study on boiling histotripsy treatment of human leiomyoma ex vivo // Ultrasound in Medicine and Biology. 2024. V. 50. № 8. P. 1255–1261.
  18. Rosnitskiy P.B., Vysokanov B.A., Gavrilov L.R., Sapozhnikov O.A., Khokhlova V.A. Method for designing multielement fully populated random phased arrays for ultrasound surgery applications // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 2018. V. 65. № 4. P. 630–637.
  19. Tsysar S.A., Rosnitskiy P.B., Asfanatyarov S.A. et al. Phase correction of the channels of a fully populated randomized multielement therapeutic array using the acoustic holography method // Acoust. Phys. 2024. V. 70. № 1. P. 82–89.
  20. Karzova M.M., Kreider W., Partanen A., Khokhlova T.D., Sapozhnikov O.A., Yuldashev P.V., Khokhlova V.A. Comparative characterization of nonlinear ultrasound fields generated by Sonalleve VI and V2 MR-HIFU systems // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 2023. V. 70. № 6. P. 521–537.
  21. Peek A.T., Hunter C., Kreider W., Khokhlova T.D., Rosnitskiy P.B., Yuldashev P.V., Sapozhnikov O.A., Khokhlova V.A. Bilayer aberration-inducing gel phantom for high intensity focused ultrasound applications // J. Acoust. Soc. Am. 2020. V. 148. № 6. P. 3569–3580.
  22. Mast T.D. Empirical relationships between acoustic parameters in human soft tissues // ARLO. 2000. V. 1. № 2. P. 37–42.
  23. Pinter C., Lasso A., Fichtinger G. Polymorph segmentation representation for medical image computing // Comp. Methods and Progr. in Biomed. 2019. V. 171. P. 19–26.
  24. Duck F.A. Physical properties of tissues: a comprehensive reference book. New York, NY, USA: Academic Press, 2013.
  25. Hasgall P. A et al. IT'IS Tissue properties database V4-1, Version 4.1. // 2022 [Online]. Available: https://itis.swiss/virtual-population/tissue-properties/database/acoustic-properties/
  26. Robertson J.L.B., Cox B.T., Jaros J., Treeby B.E. Accurate simulation of transcranial ultrasound propagation for ultrasonic neuromodulation and stimulation // J. Acoust. Soc. Am. 2017. V. 141. № 3. P. 1726–1738.
  27. Khokhlova T.D., Hwang J.H. HIFU for palliative treatment of pancreatic cancer // Adv. Exp. Med. Biol. 2016. V. 880. P. 83–95.
  28. Rosnitskiy P.B., Khokhlova T.D., Schade G.R., Sapozhnikov O.A., Khokhlova V.A. Treatment planning and aberration correction algorithm for HIFU ablation of renal tumors // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 2024. V. 71. № 3. P. 341–353.
  29. Treeby B.E., Jaros J., Rendell A.P., Cox B.T. Modeling nonlinear ultrasound propagation in heterogeneous media with power law absorption using a k-space pseudospectral method // J. Acoust. Soc. Am. 2012. V. 131. № 6. P. 4324–4336.
  30. Sapozhnikov O.A., Tsysar S.A., Khokhlova V.A., Kreider W. Acoustic holography as a metrological tool for characterizing medical ultrasound sources and fields // J. Acoust. Soc. Am. 2015. V. 138. № 3. P. 1515–1532.
  31. Rosnitskiy P.B., Yuldashev P.V., Sapozhnikov O.A., Gavrilov L.R., Khokhlova V.A. Simulation of nonlinear trans-skull focusing and formation of shocks in brain using a fully populated ultrasound array with aberration correction // J. Acoust. Soc. Am. 2019. V. 146. № 3. P. 1786–1798.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).