Адаптивный алгоритм наведения для контролируемой гипертермии под контролем магнитно-резонансной томографии с применением высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука

Введение: Показано, что умеренная гипертермия повышает эффективность химиотерапии, лучевой терапии и иммунотерапии при различных видах рака. Один из локальных неинвазивных методов проведения умеренной гипертермии — высокоинтенсивная сфокусированная ультразвуковая терапия под контролем магнитно-резонансной томографии (MRgHIFU). Однако отклонение и преломление ультразвукового пучка, а также проблемы акустического сопряжения могут приводить к несовпадению положения фокуса HIFU и опухоли во время гипертермии. В настоящее время оптимальная тактика при этом — прекратить лечение, дождаться охлаждения тканей, заново спланировать лечение и возобновить гипертермию. Такой алгоритм действий требует много времени и ненадёжен.

Цель: Разработать адаптивный алгоритм наведения для проведения контролируемой гипертермии с помощью MRgHIFU при лечении рака. Алгоритм работает в реальном времени во время гипертермии и обеспечивает нахождение фокуса в пределах целевой области. При выявлении ошибки наведения система HIFU электронно перемещает фокус ультразвукового пучка к заданной мишени. Целью настоящего исследования была количественная оценка точности и прецизионности адаптивного алгоритма при исправлении намеренно заданного ошибочного плана гипертермии в реальном времени с использованием клинической системы MRgHIFU.

Методы: Для оценки точности и прецизионности адаптивного алгоритма использовали желатиновый фантом с акустическими свойствами, соответствующими средней скорости распространения звука в тканях человека. Мишень намеренно смещали на 10 мм относительно фокуса, расположенного в начале координат, в четырёх ортогональных направлениях, что позволяло алгоритму исправить ошибку наведения. В каждом направлении собирали по 10 наборов данных; общий объём выборки составил 40 наборов. Гипертермию проводили при заданной целевой температуре 42 °C. Адаптивный алгоритм наведения запускали во время гипертермии, а после перемещения пучка получали 20 термометрических изображений. Положение фокуса определяли по центру нагревания на данных магнитно-резонансной термометрии.

Результаты: Средняя рассчитанная траектория, переданная системе HIFU, составила 9,7 ± 0,4 мм при заданной траектории 10 мм. После коррекции положения пучка точность адаптивного алгоритма наведения составила 0,9 мм, а прецизионность — 1,6 мм.

Выводы: Адаптивный алгоритм наведения был успешно внедрён и с высокой точностью и прецизионностью исправлял ошибки наведения величиной 10 мм в желатиновых фантомах. Полученные результаты демонстрируют возможность коррекции положения фокуса MRgHIFU во время контролируемой гипертермии.