هایفو

 

هایفو تراپی

 

 

 

معرفی :

 

(High-intensity focused ultrasound)  مخفف HIFU

به معنای امواج متمرکز ماورای صوت با شدت بالا است ( امواج فراصوت با شدت بیشتر از 5 وات برسانتی متر مربع امواج فراصوت با شدت بالا نامیده میشود) سازوکار این فناوری مشابه استفاده از ذره‌بین برای همگرایی نور در نقطهٔ کانونی عدسی است.

امواج صوتی متمرکز با استفاده از یک عدسی صوتی در نقطه کانونی متمرکز می‌شوند و انرژی حاصل از اجتماع این پرتوها در نقطه هدف حرارت ایجاد می‌کند. هایفو معمولاً همراه با یک روش تصویربرداری پزشکی مانند سونوگرافی یا ام‌آرآی برای طرح و کنترل درمان انجام می‌شود.

 

تاریخچه:

 

برای اولین بار در دهه ۱۹۴۰ از امواج صوت برای درمان اختلالات سیستم عصبی و مغزی بصورت تحقیقاتی مورد بهره‌برداری قرار گرفت. اولین دستگاه تجاری هایفو در آمریکا تولید شد و در سال ۱۹۹۴ تاییدیه اتحادیه اروپا را برای درمان هایپرپلازی(بیش رویش) خوش‌خیم پروستات دریافت کرد. پس از آن دستگاه‌های متنوع تحقیقاتی و تجاری برای درمان سرطان و یا مصرف زیبایی تولید شد.

پیشینه کاربرد فوق صوت در پزشکی، با اندازه گیری مسافت توسط امواج فوق صوت در زیر آب شروع می شود. کشف خاصیت پیزوالکتریک در بعضی از کریستال ها, انقلابی در روش‌های صوتی-انعکاسی فرکانس بالا به شمار می رود.

 

در چند دهه اخیر به صورت رسمی امواج اولترا در علم پزشکی تشخیصی استفاده می‌گردد ( مانند سونوگرافی ) و تا کنون بی‌ضرر بودن این امواج برای بدن انسان، حتی جنین انسان اثبات گردیده است.

 

نحوه عملکرد:

 

دستگاه‌  HIFU دارای یک مبدل مقعر فرا صوت است که امواج فراصوت را تولید‌ ‌و متمرکز می سازد. امواج متمرکز شده در ناحیه کانونی از انرژی بسیار بالایی‌ ‌برخوردار هستند و توسط یک پروب، بافت مورد نظر را احاطه کرده و دما را در مدت بسیار‌ ‌کوتاه بالا می برند، به گونه ای که موجب نکروز بافتی یا بسته شدن مجرای عروق در حال خونریزی می شوند‌.‌

اگرکاغذ را جلوی نور خورشید بگیرید اتفاقی نمی افتد ولی اگر از یک ذره بین استفاده کنید می توانید با کانونی کردن نور، امواج نور را در یک نقطه بسیار کوچک متمرکز کنید وبا ادامه این کار آن نقطه داغ وداغ تر می شود و با تداوم تمرکز برروی آن نقطه انرژی کانونی شده امواج نورخورشید می تواند کاغذ را بسوزاند تکنولوژی هایفوتراپی (دابلو) نیز دقیقا با همین روش امواج اولتراراسوند را در لایه های زیرین پوست کانونی و متمرکز کند.

 

چگونه ممکن است هایفوتراپی (دابلو) به عمق پوست نفوذ کند بدون اینکه هیچ زخمی یا قرمزی پوست ایجاد شود؟

 

انرژی این امواج آنچنان بالا نیست که بتواند در نقطه برخورد با سطح پوست باعث سوختگی شوند، اما وقتی این امواج در عمق پوست با یکدیگر تلاقی نمود وکانونی شوند میتوانند اثر یکدیگر را تشدید وتقویت نمایند و کانونی شدن امواج اولتراسوند در عمق 1.5تا 4.5  میلیمتری پوست باعث ایجاد حرارت 65 تا 70 میگردد واین حرارت باعث منعقد شدن موجود در آن نقطه می شود .

در هایفوتراپی مدت زمان شلیک امواج اولترسوند به هریک از نقاط هدف, فقط کسری از ثانیه است ونقاط مجاور بعدی بلافاصله یکی پس از دیگری توسط دستگاه هایفوتراپی, هدف شلیک قرار می گیرند به همین دلیل سطح بیرونی کاملا سالم وبدون عارضه باقی می ماند، چرا که تمام اتفاقات زیر پوست رخ می دهد.

 

 

نمایش دیاگرام پرتو هایفو :

 

 

 

 

 

 

 

تفاوت اساسی هایفو و لیزر:

 

‌هایفو از نظر بهره گیری از تمرکزامواج برای تاثیر گذاری برروی بافت سلولی مشابه لیزراست اما تفاوت اساسی هایفو و لیزر در موقعیت دقیق نقطه تمرکز انرژی نسبت به منبع آن است.

انرژی هایفو برتری مهمی نسبت به لیزر دارد. این انرژی می تواند از میان بافت های سالم عبور کرده و بر روی بافت ناسالم (هدف) متمرکز و با ایجاد حرارت آن را به صورت موضعی منهدم کند. در این روش هایفو تاثیری بر روی بافت های جانبی یا بافت‌های در طول مسیر خود تا نقطه تمرکز ندارد و تنها بافت ناسالم را از بین می برد.

حال آنکه لیزر هر بافتی را که بر سر راهش باشد تحت تاثیر قرار می دهد. تاثیر هایفو بر روی بافت سلولی تابعی از فرکانس, فوق صوت و غلظت انرژی است. با کنترل غلظت انرژی هایفو می توان نظیر لیزر اعمالی چون برش، سوزاندن، تبخیر، گرم کردن، انعقاد، فعال سازی نوری و خارج کردن عضو را انجام داد.

 

اسکنر MRI با مبدل HIFU :

 

 

 

A: اسکنر MRI با مبدل HIFU .

B: اسکن برنامه ریزی شده بطور خودکار مناطق تومور زده را در رحم مشخص می کند که قبل از درمان با HIFU  دقیقا هدف قرار گیرد.

C : دماسنجی زمان واقعی MRI ، در طول درمان، دمای بافت را نشان می دهد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. مبدل HIFU ممکن است قابل حمل یا ثابت در جدول MRI باشد بر اساس آن بیمار تحت درمان قرار می گیرد
  2. پد های ژل برای اطمینان از یک فضای بدون هوا بین مبدل و پوست بیماربرای به حداقل رساندن خطر انباشت انرژی و پس از آن سوختگی پوستی به کار می رود
  3.  از MRI برای تصویربرداری از محل استفاده میشود. از پرتوهای هایفو با امواج مافوق صوت و فرکانس بالا برای شکستن نیروهای پیوندی در تومور استفاده میشود.

 

پس از تعیین دقیق نقاط درمان، دوز دمایی (قدرت 400 وات) حدود 60 درجه سانتی گراد انجام می شود. پرتو هایفو غشاء میکروارگانیزمها در تومور را نابود می کند.  پرتو هایفو به مدت 2 ثانیه بر محل تابانده میشود. در این مدت، سیستم MRI مرتب کار می کند تا دما در زمان واقعی افزایش یابد. بسته به دمای مورد نیاز برای نابودی تومور، انرژی پرتو هایفو نیز تعیین می شود

  1. در این سیستم از یک مبدل انرژی (الکتریکی به گرمایی) شامل صفحه سرامیکی پیزوالکتریک با فرکانس یک مگاهرتز استفاده می شود
  2. . اگر دما بیش از 70 درجه شود، قدرت مافوق صوت هایفو کاهش می یابد تا بافت سالم اطراف تومور آسیب نبیند.
  3. معمولا دمای بین 60 تا 65 درجه برای نابودی تومور کافیست. معمولا 2 الی 3 پالس انرژی پرتو هایفو برای کاهش حجم منطقه خاصی از تومور کافیست. گستره ی پالس ها برای نابودی تومور از 1 تا 16 می باشد. پرتو هایفو می تواند منطقه ای با ابعاد 4 میلی متر عرض و 10 تا 12 میلیمتر  طول تومور را هدف قرار دهد
  4. به طور کلی امواج فراصوت در بازه فرکانسی 20-1 مگاهرتز وتا ماکزیمم شدت متوسط 720 میلی وات بر سانتی متر مربع برای تشخیص بکار میرود
  5. و فرکانس 3.5-0.8 مگاهرتز وشدت متوسط چندین برابر و حدود 10000-100 وات بر سانتی متر مربع برای درمان بکار میرود
  6. فرکانسهای حدود یک مگاهرتز مفیدترین فرکانس برای گرمایش و فرکانسهای حدود 0.5 مگاهرتز برای درمانهای عمیق و فرکانس حدود 8 مگاهرتز برای درمان های سطحی (برای مثال درمان پروستات) مناسب میباشند.

 

 

 

  1. درمان پروستات با هایفو به وسیله دستگاه Sonablate  انجام می شود. این دستگاه به صورت همزمان وظیفه تابش انرژی فوق صوت متمرکز با شدت زیاد و تصویر برداری از پروستات را به عهده دارد.

 فرکانس امواج فوق صوت در درمان و تصویربرداری 4 مگاهرتز است. علت این انتخاب آن است که تصویر برداری فوق صوت برای تشخیص مرز خارجی غدد بزرگ نظیر پروستات و ترسیم دقیق حجم آن ها در فرکانس 4 مگاهرتز بالاترین کیفیت را دارد .

 

تعداد زیادی از دستگاه‌های HIFU در مطالعات آزمایشگاهی استفاده شده است اما تعداد کمی از این دستگاه ها به صورت رایج‌ ‌استفاده کلینیکی دارند.دستگاه هایHIFU به دو دسته کلی تقسیم می شوند‌ :

 1) ‌خارج بدنی (extracorporeal)

2) داخل رکتومی ( transrectal)  

دستگاه‌ ‌خارج بدنی  برای هدف قراردادن بسیاری از اندام ها به کار رفته است و برای اندامهایی که به آسانی از طریق یک دریچه صوتی بر روی پوست در دسترس قرار میگیرند، استفاده می شود. اپلیکاتور این دستگاه شامل دو ترانسدیوسر تشخیصی و درمانی است که برروی یکدیگر به گونه ای ثابت شده اند که کانون هایشان روی هم قــرار مــی گـیــرد. ابـتـدا بـه وسیلـه تـرانسـدیـوسـر تشخیصی مکان تومور مشخص می شود سپس درمـان تـوسـط تـرانسدیوسر درمانی شروع می شـود .

 هـمچنین در طول درمان مانیتورینگ به صورت پیوسته ادامه دارد.این دستگاه ها‌ ‌اصولا فاصله کانونی بزرگ تری نسبت به دستگاه های ترانس رکتال دارند . به همین‌ ‌دلیل معمولا ترانسدیو سرهای آن‌ها ابعاد بزرگ تری دارند (به جز دستگاه های مورد‌ ‌استفاده در چشم پزشکی) و با فرکانس پایین تر و شدت بالاتری نسبت به دستگاه های مشابه‌ ‌ترانس رکتال کار می کنند به این دلیل که با کاهش فرکانس امواج اولتراسوند نفوذ‌ ‌پذیری آن بیشتر می شود .

 

 

دستگاه های ترانس رکتال  برای درمان بیماری های پروستات  به‌ ‌کار می رود. مدل ساخت ‏ter Haar  ‏   که یک نمونه اولیه از دستگاه های خارج بدنی بود یک لید کروی دارد و پیزو الکتریک آن از جنسPZT‏  با قطر ‏cm‏10 و فاصله ی کانونی ‏cm‏ 15 می باشد . این دستگاه در فرکانس ‏MHZ‏ 1.7 کار می کند و شدت آن از ‏cm2‏/ ‏w‏ 1000 تا ‏cm2‏/‏w‏ 4660 قابل تنظیم است . دستگاه خارجی دیگری که در چین طراحی و ساخته شده ‏ از یک ترانسدیوسر PZT با قطر ‏cm‏ 12 و فاصله کانونی ‏cm‏ 16 - 10 استفاده می کند . که می تواند در فرکانس ‏MHZ‏  0.8 یا ‏MHZ‏ 1.6  کار می کند . در داخل آن نیز یک اسکنر تشخیصی ‏MHZ‏ 3.5 جای گرفته است .

 

 

استاد و محقق ایرانی دانشگاه «رایرسون» کانادا پس از موفقیت در مراحل آزمایشگاهی و نمونه‌سازی دستگاه هدایت، تقویت و تمرکز امواج فراصوت برای مقاصد درمانی از جمله سوزاندن عصب‌های دردناک و تسکین دردهای مزمن، به دنبال استفاده از این سامانه در بی‌حسی موضعی است

دکتر جهانگیر توکلی که با همکاری اساتید و جمعی از دانشجویان دکتری، در حال توسعه و تکمیل این فناوری هستند تا از امواج بی‌خطر و پرکاربرد فراصوت برای مقاصد درمانی استفاده کنند، در گفت‌و‌گویی با خبرنگار ایسنا در تورنتوی کانادا گفت: این فناوری با نام هایفو (HIFU) شناخته می‌شود. فناوری «هایفو» در قالب طرح‌های مشترک با مراکز علمی و پژوهشی داخل کشور و هم به صورت تحقیق در مرزهای دانش در دانشگاه رایرسون کانادا در حال توسعه و کاربردی‌سازی قرار دارد

وی با اشاره به یکی از طرح‌های موفق و جدید «هایفو» برای سوزاندن عصب‌های دردناک، از جمله نقاط قوت این طرح را تبدیل دستگاه‌های تصویربرداری سونوگرافی موجود در بیمارستانها و مراکز درمانی به سامانه «هایفو» ذکر کرد و گفت: با این روش سامانه‌ای ارزان، بی‌خطر و در دسترس برای تشخیص و درمان گروهی از بیماری‌ها در اختیار مراکز درمانی قرار خواهد گرفت.

 

 

 

استاد دانشگاه رایرسون با بیان این که در برخی بیماری‌های ناشی از اختلال عصبی مانند گرفتگی عضلات یا دردهای موضعی مزمن، تنها راه درمانی قطع عصب است، گفت: در این پژوهش ما به روشی برای غیرفعال کردن (بلاک) اعصاب دست پیدا کرده‌ایم که با کمک آن می توان به جای جراحی‌های معمول قطع عصب یا دیگر درمان‌های تهاجمی مانند سوزاندن با وارد کردن سوزن‌های حرارت دهنده یا منجمد کردن ریشه عصب، از روی پوست و با تاباندن امواج فراصوت این گونه عصب‌های دردناک را بدون عوارض جانبی غیرفعال کنیم.

وی با اشاره به حساسیت شبکه عصبی و اهمیت دقت در مداخله برای درمان عصب، تعیین دقیق محل عصب، دمای مورد نیاز و میزان اثر امواج فراصوت را از جمله پیچیدگی‌های این طرح برشمرد و افزود: ما با موفقیت این سامانه را در مدل‌های حیوانی آزمایش کردیم و می‌توانیم با تأمین پشتیبانی‌های مورد نیاز، آن را تا سال آینده به مرحله تولید صنعتی و کاربرد بالینی برسانیم.

وی افزود: هم اکنون ما در پی آن هستیم که با استفاده از دستگاه «هایفو» بتوانیم عصب را به صورت موقت غیرفعال کنیم. در این حالت به جای تزریق داروهای بی‌حسی یا گاهی نیاز به بیهوشی عمومی در جراحی، امکان عمل بدون تزریق دارو به وجود خواهد آمد

 

دکتر جهانگیر توکلی، یکی از محققان برجسته و شناخته‌شده در زمینه کاربردهای درمانی امواج فراصوت (هایفو) به شمار می‌رود و هم اکنون چند پژوهش در مقطع دکتری برای تکمیل توانمندی‌ها و کارآیی دستگاه سوزاندن عصب توسط دانشجویان ایرانی در آزمایشگاه تحقیقاتی وی در دانشگاه «رایرسون» در حال انجام است.