Khokhlova TD, Haider YA, Maxwell AD, Kreider W, Bailey MR, Khokhlova VA. Dependence of Boiling Histotripsy Treatment Efficiency on HIFU Frequency and Focal Pressure Levels. Ultrasound Med Biol. 2017 Sep;43(9):1975-1985. doi: 10.1016/j.ultrasmedbio.2017.04.030. Epub 2017 Jun 20. PMID: 28641910; PMCID: PMC5547902.
沸腾组织摧毁术 (BH) 是一种基于高强度聚焦超声 (HIFU) 的机械组织分割方法，利用毫秒长的 HIFU 冲击波爆发在毫秒内引起焦点沸腾。随后传入的冲击与蒸汽泡的相互作用会机械地裂解周围的组织和细胞。先前已研究过 BH 的声学参数空间，并观察到 HIFU 频率与 BH 病变尺寸之间的逆相关性。本研究的主要目标是更详细地研究 BH 在与腹部深部组织目标治疗相关的频率范围（1-2 MHz）内的消融率和可靠性。第二个目标是研究焦点峰值压力水平和冲击幅度对 BH 病变形成的影响，给定恒定的占空因数、恒定的脉冲持续时间与达到沸腾的时间的比率以及恒定的 BH 脉冲数。所有实验均使用 F 数 = 1.05 的定制 12 元件扇形阵列 HIFU 换能器。将 5 个不同频率（1、1.2、1.5、1.7 和 1.9 MHz）的 BH 脉冲传递到光学透明的聚丙烯酰胺凝胶体模，并离体牛肝脏和心肌组织，相应地通过高速摄影和B型超声成像观察空化和沸腾气泡活动。在凝胶体模中，在 1 和 1.2 MHz 的所有曝光以及 1.5-1.7 MHz 的最高振幅曝光中，空化气泡云被显示在焦前形成并屏蔽焦点；在 1.9 MHz 时未观察到屏蔽。离体当峰值负原位压力在 1 MHz 下超过 10.2 MPa 和在 1.5 MHz 下超过 14.5 MPa 时，在 25% 的暴露中观察到这种屏蔽效应。当发生屏蔽时，暴露会导致焦前区域的轻度组织破坏，但不会液化。液化病灶的大小与频率呈反比趋势；因此，就烧蚀率和可靠性之间的折衷而言，1.2–1.5 MHz 的频率范围似乎更适合 BH 暴露。病变大小与 BH 脉冲的持续时间（或总“HIFU 开启”时间）无关，前提是脉冲数量恒定并且在每个脉冲内引起沸腾。因此，对于给定的占空比，使用更短（1 毫秒与 10 毫秒）、更高幅度的 BH 脉冲可以将治疗时间减少多达 10 倍。
介绍
沸腾组织摧毁术 (BH) 是一种高强度聚焦超声 (HIFU) 方案，利用非线性传播效应并在焦点处形成冲击波。由于组织中的冲击波对超声波能量的吸收增强，在几毫秒内 HIFU 换能器的焦点处会产生一个大的蒸汽泡（Canney et al. 2010），并且它与传入冲击波的相互作用将组织机械地裂解成亚细胞碎片。通过雾化和声学微喷泉机制（Simon et al. 2012）。人们建议 BH 进行多种临床应用，主要是在肿瘤学中，以机械方式消融不需要的软组织。传统 HIFU 面临重大问题的最相关应用是深部腹部器官恶性肿瘤，包括肝脏、胰腺和肾脏（Khokhlova 等人，2015）。为了到达这些器官，热 HIFU 治疗利用 1-2 MHz 范围内的频率来平衡穿透深度与加热效率和精度（Wu 等人，2004 年）。在 BH 中，在 1-3 MHz 范围内也观察到治疗结果对 HIFU 频率的依赖性：病变大小随着频率的降低而增大（Khokhlova 等人，2011）），给定相同数量的 BH 脉冲。因此，1 MHz 下的组织体积消融比更高频率下的消融要快得多。因此，对于深腹部应用，使用 1 MHz 或更低的频率似乎是一个自然的选择，因为它结合了治疗效率并允许适当的穿透深度。
然而，偶尔观察到，与更高频率（2 MHz 和 3 MHz）相比，1 MHz 下的病变形成变得不太可靠，这很可能是因为焦前空化气泡的形成及其屏蔽效应（Khokhlova 等人，2011））。因此，这项工作的主要目标是研究 1-2 MHz 范围内的 HIFU 频率对 BH 病变形成的影响，并从消融率、可靠性和治疗效果方面确定对腹部深部目标进行 BH 治疗的最佳频率范围。对驱动电子设备的要求。第二个目标是研究 BH 病变形成对 HIFU 波形中冲击幅度的依赖性。冲击幅度的增加导致达到沸腾温度的时间更短。因此，可以减少脉冲持续时间并增加脉冲重复频率（PRF）以保持相同的占空比。使用较高 PRF 的动机是为了加速治疗：根据我们的初步证据，BH 病变的大小取决于传递的脉冲数量，前提是每个脉冲都达到毫秒沸腾，而不是总“HIFU 开启”持续时间（王等人。 2013）。因此，总治疗持续时间将与所使用的 PRF 成反比。
