La focalisation de l'énergie ultrasonore sur un site cible dans le corps pour générer de la chaleur peut brûler et détruire les tissus du site sans intervention chirurgicale. Cette méthode est appliquée cliniquement pour traiter les fibromes utérins, l'hyperplasie prostatique, le cancer de la prostate, la tumeur osseuse métastatique et d'autres types de tumeurs pour détruire les cellules tumorales à l'aide de la chaleur. Cependant, il existe un problème potentiel en ce que le tissu environnant peut être brûlé dans le processus en raison de la diffusion de chaleur.
En 2019, au Centre de recherche bionique de l'Institut coréen des sciences et technologies (KIST), l'équipe de recherche du Dr Ki Joo Pahk a confirmé la possibilité de fractionner avec précision les cellules tumorales cibles, comme si elles étaient découpées à l'aide d'un couteau, sans causer de dommages thermiques aux toute autre partie du corps en utilisant des ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU), une échographie avec une pression acoustique en mégapascals (MPa) qui est beaucoup plus puissante que l'échographie existante, et a révélé le mécanisme derrière la procédure (? Ultrasonics Sonochemistry. 2019, 53, 164-177)
Lors du processus de destruction physique du tissu sans utiliser de chaleur, une bulle de vapeur bouillante est générée sur le site cible de l'HIFU, et c'est par l'énergie cinétique de cette bulle de vapeur primaire que le tissu tumoral cible est détruit.
Cependant, pendant le processus, des nuages de bulles de cavitation peuvent être ensuite générés entre la bulle bouillante et le transducteur HIFU, conduisant à une destruction indésirable des cellules. Cela a rendu nécessaire d'identifier la cause de leur formation et de prévoir avec précision les emplacements de leur occurrence.
Afin de révéler le mécanisme de formation de nuages de bulles de cavitation se produisant lorsque le tissu tumoral est retiré par HIFU, l'équipe de recherche du KIST a développé un modèle mathématique dans le cadre de leur étude de suivi et a examiné l'impact de la bulle de vapeur bouillante primaire sur l'onde non linéaire. propagation.
Les résultats ont montré que la génération secondaire de bulles était causée par une interférence constructive de l'onde de choc rétrodiffusée par la bulle en ébullition avec les ondes de choc incidentes entrantes et c'est dans la plage de cette interférence que les bulles secondaires se sont formées. Sur la base des images obtenues à l'aide d'une caméra à grande vitesse, il a été constaté que la zone où l'interférence s'est produite et la zone où les bulles secondaires ont été générées étaient étroitement liées.
Ces découvertes expliquent non seulement le mécanisme derrière la formation de bulles secondaires, mais aident également à prédire où elles se produiront, présentant ainsi la possibilité de détruire le tissu cible avec plus de sécurité et de précision.
Cette étude a montré que des nuages de bulles de cavitation peuvent être ultérieurement générés à la suite d'un effet de diffusion des chocs après la formation d'une bulle de vapeur bouillante là où les ultrasons sont focalisés. En utilisant les mathématiques développées dans cette étude, il sera possible de prédire les emplacements de formation de bulles et le site potentiel qui sera détruit. J'espère que la technologie d'ultrasons en cours de développement sera développée dans une technologie d'ultrasons focalisés de ultra-précision permettant la destruction physique du tissu tumoral uniquement, sans intervention chirurgicale, afin qu'elle puisse être appliquée cliniquement à l'avenir. «
Dr Ki Joo Pahk, Institut coréen des sciences et technologies (KIST)
La source:
Conseil national de la recherche scientifique et technologique
Référence du journal:
Pahk, K. J., et al. (2020) L'interaction des ondes de choc avec une bulle de vapeur dans l'histotripsie bouillante: l'effet de diffusion des chocs. Ultrasons Sonochimie. doi.org/10.1016/j.ultsonch.2020.105312.
