حمله اولتراسوند به بافت های سرطانی
نویسندگان :
بهزاد یثربی عضو هیئت علمی دانشکده پزشکی دانشگاه آزاد تبریز‏‎ ‎،‎ ‎اشکان لک زاده و‎ ‎نونا‎ ‎فربهی دانشجویان کارشناسی دانشکده مهندسی پزشکی دانشگاه آزاد واحد علوم و تحقیقات تهران
دانلود کامل مقاله :
http://www.iranbmemag.com/fa/issue/download.asp?t=tblarticle&f=file&i=218&n

سرطان به رشد کنترل نشده ی سلول های بخشی از بدن گفته می شود.این بیماری از سال ها پیش گریبانگیر بشر بوده است.در طی این سالها نظریه های متفاوتی در ارتباط با بیان علت ایجاد سرطان و روش های درمان این بیماری ارائه شده است.در سال های اخیر تعداد بیماران سرطانی به سرعت افزایش یافته و از طرف دیگر روش های درمانی جدید درصد موفقیت درمان را بهبود بخشیده است.این درمان ها در جهت اطمینان بیشتردردرمان،آسیب کمتر به بافت های سالم اطراف و کاهش احتمال بازگشت بیماری پیش رفته اند.





تعریف ‏HIFU‏ : (اولتراسوند کانونی با شدت بالا ) ‏
امواج اولترا سوند با شدت بیشتر از ‏cm2‎‏ /‏watt‏  5 را امواج اولتراسوند باشدت بالامی گویند. اساس کار ‏HIFU‏  مانند اولتراسوند معمولی است‏‎

HIFU.‎می تواند بدون آسیب رساندن به بافت از میان آن عبور کند ولی اگر پرتوی اولتراسوند انرژی کافی داشته باشد ودر یک نقطه کوچک متمرکز گردد،انرژی که در آن حجم کانونی وجود دارد میتواند دما را تا حدی که باعث نکروز انعقادی بافت شود بالا ببرد.در واقع ‏HIFU‏   این قابلیت را دارد که در یک حجم دقیقا تعیین شده ،در فواصل گوناگون مبدل (‏Transducer‏) از بافت به وسیله اثر گرمایی یا ‏Cavitation‏(کاویتاسیون)،نکروز سلولی ایجاد کند. این بافت نکروز شده،اصطلاحا ‏Lesion‏ نامیده میشود،این پدیده به گونه ای رخ میدهد که دربافت های اطراف،کمترین آسیب ایجاد می شود. در واقع مکانیزم عمل این امواج یا با تولید حفره های صوتی (حباب های میکروسکوپی هوا)همراه است که به تخریب ومرگ سلولهای سرطانی منجر میشود و یا با افزایش درجه حرارات بالاتر از حد آستانه ای ،منجر به مرگ سلولهای بافتی میشود.‏HIFU‏ یکی از روش های مناسب برای درمان به روش هایپرترمی است . در روشهای هایپرترمی برای ایجاد نکروز سلولی دما را به مدت 60 دقیقه درمحدوده ی 43-42 * درجه سانتیگراد ثابت نگه می دارند،ولی با استفاده از ‏HIFU‏ می توان دما را درمدت زمان بسیار کوتاه (چند ثانیه) تا حتی بالاتر از حد آستانه برای ایجاد همان اثرافزایش داد وبه خاطر همین زمان کوتاه جریان خون کمترین اثر را در کاهش دمای منطقه کانونی گذاشته و درمان را مطمئن ترمی سازد.احتمال آسیب رسیدن به بافت های سالم نیز کاهش می یابد.‏
استفاده از ‏HIFU‏ در درمان با نام های جراحی با اولتراسوند کانونی (‏FUS‏) تخریب سلولی با اولتراسوند ‏Ultrasound Ablation)‎‏) و ‏Pyrotherapy‏ نیز شناخته می شود.         ‏
تاریخچه ی ‏HIFU‏ :
در سال 1927 ‏WOOD‏  و ‏LOOMIS‏  توانایی اولترا سوند برای ایجاد تغییرات بیولوژیکی روی بافت را نشان دادند .اولین گزارش در مورد استفاده از اولتراسوند در درمان سرطان در 1933نوشته شد که البته در آن ذکر شده که اولتراسوند تاثیری در درمان سرطان نداشته است،اولین کاری که در مورد توانایی های ‏HIFU‏  به چاپ رسید،در سال 1942توسط ویلیام فرای بود .اودر سال 1950توانست ‏Lesion‏ هایی در عمق مغز گربه و میمون ایجاد کند بعد از آن فرانک فرای،موفق به درمان بیماران مبتلا به پارکینسون وبعضی بیماری های عصبی دیگر شد. با اینکه نتایج خوبی دراین آزمایش ها حاصل شد، ولی به دلیل معرفی نوعی از داروها برای درمان پارکینسون در آن زمان،زیاد مورد توجه قرار نگرفت.همچنین در زمینه چشم پزشکی موفقیت هایی حاصل شد. از جمله درمان آب سیاه و درمان جدایی شبکیه اما دراین مورد‏پاورقی:(فاصله کمی بین دمای سمی (بالاتر از 42 درجه ی سانتی گراد) و دمای غیر سمی (پایین از 41.8 درجه سانتی گراد) برای سلول وجود دارد به همین دلیل در روش های گوناگون هایپرترمی به جزء ‏HIFU‏ ، مانیتورینگ هم زمان دما ضروری است.)‏
نیز استفاده از اولترا سوند کانونی با گسترش کاربرد لیزردرچشم پزشکی به طرز چشمگیری کاهش یافت.
در سال1956بورف " ‏BUROV‏ " اثرات ‏HIFU‏ را دردرمان سرطان بررسی کردوبه نتایج مهمی نیز دست یافت.در سالهای بعد از آن مطالعات فراوانی روی اثرات اولتراسوند در بافت انجام گرفت وویژگیهای خاص هدایت وتنظیم اولترا سوند کانونی ومدهای (حالت های)مختلف برای تخریب بافت در دهه های 70و80مورد بررسی قرار گرفتند.در ادامه تحقیقاتی بر روی تابش ‏HIFU‏  به تومورها انجام گرفت . این تحقیقات تا حدی پیش رفت که امروزه ‏HIFU‏ در اروپا برای درمان سرطان هایی نظیر پروستات ،به صورت یک روش درمانی روتین به کار گرفته می شود .
توجه به ‏FUS‏ در زمینه اورولوژی در سالهای اخیر افزایش یافته است . ‏HIFU‏ برای درمان ‏BPH‏  (بزرگی خوش خیم پروستات) وهمچنین درمان تومورهای کبد،کلیه،پروستات،مجاری ادرار،بیضه،مغز،سینه ، استخوان و تومورهای سطحی مثانه وریه ،مورد بررسی قرار گرفته است.
مکانیزم درمان :
تاثیرات اولتراسوند روی بافت سرطانی به صورت آثار گرمایی و کاویتاسیون آشکار می شود .
در توضیح اثر گرمایی می توان موارد زیر را ذکر کرد :
انرژی که یک موج اولترا سوند با خود حمل می کند ،باعبور از بافت تضعیف می شود ،این تضعیف در اثر جذب آکوستیکی (صوتی) وپدیده پخش (‏Scattering‏) است.جذب آکوستیکی باعث افزایش دما در بافت  می شود .گرچه در عمل جذب80-60درصد کل تضعیف را تشکیل میدهد. و بقیه مربوط به پدیده ی پخش است .
کاویتاسیون که یکی از اثرات غیر گرمایی اولترا سوند است تا حدودی پیچیده و غیر قابل پیش بینی است اما نتیجه ی آن  مانند اثر گرمایی  نکروز سلولی است.اولتراسوند موجب لرزش بافت شده و در ساختار سلول تراکم وانبساط ایجاد می کند .در طول مدت انبساط در مایعات سلولی ، گاز می تواند به صورت حباب هایی از محلول خارج شود.این حباب ها پس از تشکیل یا به سرعت از بین می روند ،یا بزرگ تر شده و باعث ایجاد فشارهای مکانیکی و تولید دمای 2000تا 5000 درجه کلوین در محیط های میکروسکوپی می شوند.کاویتاسیون به عواملی مانند طول پالس ،فرکانس وشدت وابسته است.
در دمای بالاتر از 56درجه سانتیگراد(تنها به مدت 1ثانیه)در سلول ها سمیت گرمایی اتفاق افتاده وباعث ایجاد نکروز انعقادی ومرگ سلولی بازگشت ناپذیر در بافت مورد نظر میشود.با کاهش زمان تابش ،جریان خون توانایی کاهش دمای حجم کانونی گرم شده را ندارد .در شیوه هایپرترمی با ‏HIFU‏  ،در طول درمان،دما در حجم کانونی در تابشهای کمتر از 3ثانیه به60تا80درجه سانتیگراد می رسدکه باعث مرگ سلولی موثر وچشمگیری در آن ناحیه می شود.حجم بخش کانونی به صورت بیضوی با قطر ‏mm‏ 2-1و طول ‏cm‏2-1در راستای محور تابش است.
مشخصات فنی دستگاه :
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 ی کلی تقسیم می شوند :
 خارج بدنی (‏extracorporeal‏) و داخل رکتومی (‏transrectal‏) . ‏
دستگاه خارج بدنی برای هدف قراردادن بسیاری از اندام ها به کار رفته است . این دستگاه ها اصولا فاصله ی 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 ترو 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 (‏changqing co‏) از یک ترانسدیوسر ‏PZTبا قطر ‏cm‏ 12 و فاصله کانونی ‏cm‏ 16 - 10 استفاده می کند . که می تواند در فرکانس ‏MHZ‏ 0.8 یا ‏MHZ‏1.6 کار می کند . در داخل آن نیز یک اسکنر تشخیصی ‏MHZ‏ 3.5 جای گرفته است .
دستگاه ترانس رکتال مدل(‏Sonablate Focal Surgery  Milpitas ca‏) از یک ترانسدیوسر ‏MHZ‏4 با پیزوالکتریک‏PZT‏ هم برای تصویربرداری و هم برای درمان استفاده می کند .فاصله ی کانونی آن می تواند ‏cm‏3 و ‏cm‏ 3.5 و یا ‏cm‏4 باشد و شدت در کانون بسته به فاصله ی کانونی بین 1680 تا ‏cm2‎‏/‏w‏ 2000 است .

مانیتورینگ درمان :
یک فاکتور مهم در استفاده های بالینی از ‏HIFU ‎‏  توانایی مانیتورینگ درمان است . در حال حاضر از دو شیوه برای رسیدن به این منظور استفاده می شود :
اولتراسوند تشخیصی ‏MRI ,  real - time
هنگامی که از اولتراسوند برای هدایت درمان استفاده می شود دو ترانسدیوسر تشخیصی و درمانی روی یکدیگر به گونه ای ثابت شده اند که کانون هایشان روی هم قرار گیرد . پس از ردیابی مکان تومور به وسیله ی ترانسدیوسر تشخیصی درمان با ترانسدیوسر درمانی آغازمی شود .تمام مراحل درمان در تصاویر تشخیصی بصورت مقیاس خاکستری (‏gray  scale‏) قابل مشاهده است .

 دیگر روش های تصویر برداری برای درمان با ‏HIFU‏  مانند الاستوگرافی (‏MRE‏) در حال گسترش هستند ولی هیچ کدام هنوز مورد استفاده کلینیکی قرار نگرفته اند .
 انواع سرطان هایی که با ‏HIFU‏ درمان می شوند:
* سرطان پروستات : ‏HIFU‏ در اروپا بصورت یک روش رایج درمانی و کلینیکی در درمان ‏BPH‏ و ‏COP‏ (سرطان پروستات) استفاده می شود . دراین  شیوه  پروب را ازرکتوم وارد بدن بیمار می کنند و با استفاده از یک دستگاه ترانس رکتال پروستات را چندین بار تا نابودی کامل تومور هدف قرار می دهند .
* سرطان کبد : به دلیل شا یع بودن این نوع سرطان درمان های زیادی در این زمینه پیشنهاد شده ودر راستای آن ‏HIFU‏  نیز به دلیل غیرتهاجمی بودن بسیارمورد توجه وآزمایش قرار گرفته است . کل زمان درمان از 1 ساعت برای تومورهای سطحی 2سانتی متری تا 5 ساعت یا بیشتر برای تومور های 10 سانتی متری متغیر بوده است . ‏HIFU‏  هم اکنون در چین بعنوان یک روش درمانی برای سرطان کبد پذیرفته شده است .
البته در مجموع موارد انسانی کمی با ‏HIFU‏ درمان شده اند و بیشتر آزمایشا ت روی حیوانات ا نجام یافته است.روش اصلی درمان کما کان جراحی است اگر چه در صد بازماندگان این بیماری بعد از جراحی تنها 30-25در صد تا 5 سال بعد از عمل می باشد .
* سرطان مثانه : سرطان سطحی مثانه یکی از مواردی است که برای درمان با ‏HIFU‏ خارجی مناسب شناخته شده است .اولتراسوند تشخیصی روش جایگزین سیستوسکوپی شده است و اگر بتواند با ‏HIFU‏ همراه شود مشکل روش تهاجمی سیستوسکوپی را نخواهد داشت .در مقایسه ی نتایج موفقیت آمیز آزمایش های بالینی انجام شده که قابل رقابت با روش های درمانی رایج است ، ‏HIFU‏  به زمانی بیشتر و بیهوشی موضعی نیاز دارد .در نتیجه این روش هنوز بعنوان یک روش مناسب تر معرفی نشده است .

‎ *‎سرطان سینه : ‏HIFU‏  در چین یک روش درمانی تایید شده برای درمان سرطان سینه است . در دیگرکشورها نیز تحقیقاتی صورت گرفته است .

‏ در مورد سرطان های دیگر تحقیقات بسیار محدود بوده است . ‏HIFU‏  همچنین برای تسکین درد در بیماران مبتلا به سرطان های پیشرفته مثل سرطان پانکراس (لوزالمعده) نیز به کار رفته و نتایج خوبی حاصل شده است .
علیرغم تحقیقات ارزشمندی که در زمینه ی ‏HIFU‏  انجام شده ، استفاده از آن به عنوان یک وسیله ی جراحی غیر تهاجمی در بسیاری از موارد هنوز در مرحله ی مقدماتی خود قرار دارد . اما به نظر می رسد که محدوده ی بیماری های قابل درمان با ‏HIFU‏  بسیار وسیع باشد و با توجه به تحقیقات انجام شده و پیشرفت های حاصل شده در سال های اخیر ‏HIFU‏  در آینده می تواند نقش مهمی در درمان سرطان ایفا کند.
رفرنس:


‎2)Therapeutic ultrasound.European Journal of Radiology.volume 9,issue1,march 1999,3-9

‎3)Therapeutic applications of ultrasound. Progress in Biophysics and Molecular Biology. Article in Press, Corrected Proof( 2006 )

‎4) Contrast-agent-enhanced ultrasound thermal ablation. Ultrasound in Medicine & Biology Volume 32, Issue 7 , July 2006, Pages 1103-11‎‏ ‏SITES:‎‎5)www.sciencedirect.com‎‏    

‎6)www.cancer.org نویسندگان:بهزاد یثربی عضو هیئت علمی دانشکده پزشکی دانشگاه آزاد تبریز‏‎ ‎،‎ ‎اشکان لک زاده و‎ ‎نونا‎ ‎فربهی دانشجویان کارشناسی دانشکده مهندسی پزشکی دانشگاه آزاد واحد علوم و تحقیقات تهران
کلمات کلیدی : ‏HIFU , FUS , Ultrasound Ablation , Pyrotherapy , Cancer
‏امروزه روش های رایج درمان سرطان جراحی ، رادیوتراپی و شیمی درمانی هستند . این روش ها یا به صورت جداگانه و یا به صورت ترکیبی برای درمان سرطان در مراحل گوناگون پیشرفت بیماری مورد استفاده قرار می گیرند . این سه روش تهاجمی بوده و معمولا تکرار پذیر نیستند و همچنین عوارض جانبی زیادی دارند . یکی از روش های جدید برای درمان سرطان استفاده از امواج اولتراسوند کانونی با شدت بالاست .علت استفاده از امواج اولتراسوند در این متد توانایی عبور اولتراسوند از بافت بدون آسیب رساندن به آن می باشد.بنابراین این نوع درمان غیر تهاجمی بوده ومعمولا روی پوست تحت تابش و بافت های میانی دیگرتخریب کمی ایجاد می کند .‏‏MRI‏  از تصاویری با کیفیت بالا برخوردار بوده اما قیمت آن بیشتر است . ایجاد ارتباط بین تصاویر ‏MR ‎با اولتر اسوند کانونی نیز کند و پیچیده تر از تصویربرداری با اولتراسوند است . اولتراسوند  تشخیصی مزایای ارزان بودن و در دسترس بودن را دارد و همچنین مدت زمان درمان به کمک آن کوتاه تر است. ایراد این سیستم این است که کیفیت تصویر ممکن است کمتر از حد اپیتم باشد .اولتراسوند تشخیصی در بخش هایی که استخوان یا احشاء پرشده از هوا وجود دارند دچار مشکل می شود . البته این مشکل می تواند یک مزیت برای سیستم باشد به گونه ای که از تابش اولتراسوند درمانی به این مناطق جلوگیری می شود.‏‎ *‎سرطان کلیه : مطالعات زیادی در حیوانات کوچک انجام شده که در آنها قسمت های بزرگ شده ی خوش خیم و بد خیم در کلیه تخریب شده اند و همچنین در بعضی از آزمایشات نیز کلیه ی سالم و طبیعی حیوانات بزرگ هدف قرار گرفته اند . گرچه آزمایشات بالینی محدود و در سطح مقدماتی بوده اما دقت و ضریب اطمینان این تکنیک با توجه به پیشرفت های تکنولوژیکی در حال افزایش است . در چین تومورهای کلیوی در اندازه هایcm‏13‏‎-‎‏3درمان شده اند .‏‏‎ *‎سرطان استخوان : ‏HIFU‏  درچین برای درمان سرطان استخوان نیز به عنوان یک روش درمانی پذیرفته شده است .‏‏‎1)High intensity focused ultrasound:surgery of the future?.British Journal of Radiology(2003)76,590-599‎‎‎‏