بررسي انكسار پرتوهاي فراصوت در هايفوتراپي و بهينه سازي عمق كانوني مبدل فراصوت جهت افزايش دقت درمان

Evaluation of Ultrasonic Beam Refraction in HIFU Therapy and Focal Depth Optimization in Ultrasonic Transducer to Increase the Treatment Accuracy

سابقه و هدف: امروزه امواج متمركز فراصوت با شدت بالا (HIFU) به عنوان تابش غيريونيزان جهت درمان سرطان استفاده مي شود. پرتوهاي فراصوت هنگام عبور از مرز دو محيط دچار انحراف مي شوند كه باعث كاهش تمركز باريكه پرتو در داخل تومور مي شود. هم چنين ممكن است منجر به ايجاد آسيب در بافت هاي سالم شوند. هدف از اين مطالعه بررسي تغييرات عمق كانوني مبدل ناشي از انحراف پرتوهاي فراصوت بوده است. مواد و روش ها: در اين مطالعه تجربي ابتدا ميزان جابجايي ناشي از اختلاف سرعت در دو بافت مشخص براي يك المنت ترانسديوسر محاسبه شد. سپس به تمامي المنت هاي ترانسديوسر تعميم داده شد و ميزان جابه جايي كلي محاسبه گرديد. پياده سازي الگوريتم هاي طراحي شده در نرم افزار متلب انجام شد. هم چنين براي انجام شبيه سازي هايفوتراپي از شبيه ساز HIFU سازمان غذا و داروي آمريكا استفاده گرديد. يافته ها: نتايج نشان داد كه انحراف پرتوها ناشي از اختلاف سرعت در دو بافت منجر به تغيير در نقطه كانوني مي شود. بنابراين الگوريتمي جهت كنترل عمق كانوني ارائه شد كه روي 4 مدل با دولايه بافت تست شد. نتايج نشان دادندكه در صورت استفاده از الگوريتم، بخش اعظم جابه جايي نقطه كانوني اصلاح مي شود. هم چنين مشخص شد كه بخشي از اين جابه جايي ناشي از جذب باريكه در بافت ها مي باشد. استنتاج: عدم كنترل جابه جايي نقطه كانوني مي تواند باعث آسيب به بافت سالم شود. بنابراين بااستفاده از الگوريتم هاي محاسباتي مي توان به طور چشم گيري جابجايي نقطه كانوني را در درمان به روش HIFU اصلاح كرد. اين منجر به افزايش ايمني و داشتن كنترل مناسب در درمان به روش HIFU مي شود.

Background and purpose: Nowadays High-intensity focused ultrasound (HIFU) as nonionizing radiation is used for cancer treatment. Ultrasound beams when crossing the border of two environments are refracted causing decrease in the beam focusing within a tumor. Also, it may induce damage to normal tissues. In this study, we evaluated the focal depth shift induced by ultrasonic beam refraction. Materials and methods: At first, the level of shift caused by the difference in two specific tissues were calculated for one element of transducer. Then it extended to all of the transducer elements and total shift was calculated. Designed algorithms were implemented in MATLAB. Also, HIFU simulator was used according to the US Food and Drug Administration (FDA) regulations to simulate HIFU therapy. Results: The results showed that beam refraction caused by different velocity shifted the focal point. Therefore, an algorithm was proposed for controlling the focal depth and was tested on four models with two layers of tissue. Results showed that using the proposed algorithm corrected much of the focal point shift. Also, it was noted that a part of this shift was caused by absorption of the beam in tissues. Conclusion: Not controlling the focal point shift can induce damage to normal tissues. Therefore, using computational algorithms significantly corrected the focal point shift and lead to increasing safety and having adequate control in HIFU therapy.