حمله اولتراسوند به بافت های سرطانی

سرطان به رشد كنترل 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 كمتر به بافت های سالم اطراف و كاهش احتمال بازگشت بیماری پیش رفته اند.‏
امروزه روش های رایج درمان سرطان جراحی ، رادیوتراپی و شیمی درمانی هستند . این روش ها یا به صورت جداگانه و یا به صورت تركیبی برای درمان سرطان در مراحل گوناگون پیشرفت بیماری مورد استفاده قرار می گیرند . این سه روش تهاجمی بوده و معمولا تكرار پذیر نیستند و همچنین عوارض جانبی زیادی دارند . یكی از روش های جدید برای درمان سرطان استفاده از امواج اولتراسوند كانونی 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 كمی ایجاد می كند .
● تعریف ‏HIFU‏ : (اولتراسوند كانونی با شدت بالا ) ‏
امواج اولترا سوند با شدت بیشتر از ‏cm۲‎‏ /‏watt‏ ۵ را امواج اولتراسوند باشدت بالامی گویند. اساس كار ‏HIFU‏ مانند اولتراسوند معمولی است‏‎ HIFU.‎می تواند بدون آسیب رساندن به بافت از میان آن عبور كند ولی اگر پرتوی اولتراسوند انرژی كافی داشته باشد ودر یك نقطه كوچك متمركز گردد،انرژی كه در آن حجم كانونی وجود دارد میتواند دما را تا حدی كه باعث نكروز انعقادی بافت شود بالا ببرد.در واقع ‏HIFU‏ این قابلیت را دارد كه در یك حجم دقیقا تعیین شده ،در فواصل گوناگون مبدل (‏Transducer‏) از بافت به وسیله اثر گرمایی یا ‏Cavitation‏(كاویتاسیون)،نكروز سلولی ایجاد كند. این بافت نكروز شده،اصطلاحا ‏Lesion‏ نامیده میشود،این پدیده به گونه ای رخ میدهد كه دربافت های اطراف،كمترین آسیب ایجاد می شود.
در واقع مكانیزم عمل این امواج یا با تولید حفره های صوتی (حباب های میكروسكوپی هوا)همراه است كه 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 یكی از روش های مناسب برای درمان به روش هایپرترمی است . در روشهای هایپرترمی برای ایجاد نكروز سلولی دما را به مدت ۶۰ دقیقه درمحدوده ی ۴۳-۴۲ * درجه سانتیگراد ثابت نگه می دارند،ولی با استفاده از ‏HIFU‏ می توان دما را درمدت زمان بسیار كوتاه (چند ثانیه) تا حتی بالاتر از حد آستانه برای ایجاد همان اثرافزایش داد وبه خاطر همین زمان كوتاه جریان خون كمترین اثر را در كاهش دمای منطقه كانونی گذاشته و درمان را مطمئن ترمی سازد.احتمال آسیب رسیدن به بافت های سالم نیز كاهش می یابد.‏
استفاده از ‏HIFU‏ در درمان با نام های جراحی با اولتراسوند كانونی (‏FUS‏) تخریب سلولی با اولتراسوند ‏Ultrasound Ablation)‎‏) و ‏Pyrotherapy‏ نیز شناخته می شود.
● تاریخچه ی ‏HIFU‏ :
در سال ۱۹۲۷ ‏WOOD‏ و ‏LOOMIS‏ توانایی اولترا سوند برای ایجاد تغییرات بیولوژیكی روی بافت را نشان دادند .اولین گزارش در مورد استفاده از اولتراسوند در درمان سرطان در ۱۹۳۳نوشته شد كه البته در آن ذكر شده كه اولتراسوند تاثیری در درمان سرطان نداشته است،اولین كاری كه در مورد توانایی های ‏HIFU‏ به چاپ رسید،در سال ۱۹۴۲توسط ویلیام فرای بود .اودر سال ۱۹۵۰توانست ‏Lesion‏ هایی در عمق مغز گربه و میمون ایجاد كند بعد از آن فرانك فرای،موفق به درمان بیماران مبتلا به پاركینسون وبعضی بیماری های عصبی دیگر شد. با اینكه نتایج خوبی دراین آزمایش ها حاصل شد، ولی به دلیل معرفی نوعی از داروها برای درمان پاركینسون در آن زمان،زیاد مورد توجه قرار نگرفت.همچنین در زمینه چشم پزشكی موفقیت هایی حاصل شد. از جمله درمان آب سیاه و درمان جدایی شبكیه اما دراین مورد ‏پاورقی:(فاصله كمی بین دمای سمی (بالاتر از ۴۲ درجه ی سانتی گراد) و دمای غیر سمی (پایین از ۴۱.۸ 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 كانونی با گسترش كاربرد لیزردرچشم پزشكی به طرز چشمگیری كاهش یافت.
در سال۱۹۵۶بورف " ‏BUROV‏ " اثرات ‏HIFU‏ را دردرمان سرطان بررسی كردوبه 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 كانونی ومدهای (حالت های)مختلف برای تخریب بافت در دهه های ۷۰و۸۰مورد بررسی قرار گرفتند.در ادامه تحقیقاتی بر روی تابش ‏HIFU‏ به تومورها انجام گرفت . این تحقیقات تا حدی پیش رفت كه امروزه ‏HIFU‏ در اروپا برای درمان سرطان هایی نظیر پروستات ،به صورت یك روش درمانی روتین به كار 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 كبد،كلیه،پروستات،مجاری ادرار،بیضه،مغز،سینه ، استخوان و تومورهای سطحی مثانه وریه ،مورد بررسی قرار گرفته است.
● مكانیزم درمان :
تاثیرات اولتراسوند روی بافت سرطانی به صورت آثار گرمایی و كاویتاسیون آشكار می شود .
در توضیح اثر گرمایی می توان موارد زیر را ذكر كرد :
انرژی كه یك موج اولترا سوند با خود حمل می كند ،باعبور از بافت تضعیف می شود ،این تضعیف در اثر جذب آكوستیكی (صوتی) وپدیده پخش (‏Scattering‏) است.جذب آكوستیكی باعث افزایش دما در بافت می شود .گرچه در عمل جذب۸۰-۶۰درصد كل تضعیف را تشكیل میدهد. و بقیه مربوط به پدیده ی پخش است .
كاویتاسیون كه یكی از اثرات غیر گرمایی اولترا سوند است تا حدودی پیچیده و غیر قابل پیش بینی است اما نتیجه ی آن مانند اثر گرمایی نكروز سلولی است.اولتراسوند موجب لرزش بافت شده و در ساختار سلول تراكم وانبساط ایجاد می كند .در طول مدت انبساط در مایعات سلولی ، گاز می تواند به صورت حباب هایی از محلول خارج شود.این حباب ها پس از تشكیل یا به سرعت از بین می روند ،یا بزرگ تر شده و باعث ایجاد فشارهای مكانیكی و تولید دمای ۲۰۰۰تا ۵۰۰۰ درجه كلوین در محیط های میكروسكوپی می شوند.كاویتاسیون به عواملی مانند طول پالس ،فركانس وشدت وابسته است.
در دمای بالاتر از ۵۶درجه سانتیگراد(تنها به مدت ۱ثانیه)در سلول ها سمیت گرمایی اتفاق افتاده وباعث ایجاد نكروز انعقادی ومرگ سلولی بازگشت ناپذیر در بافت مورد نظر میشود.با كاهش زمان تابش ،جریان خون توانایی كاهش دمای حجم كانونی گرم شده را ندارد .در شیوه هایپرترمی با ‏HIFU‏ ،در طول درمان،دما در حجم كانونی در تابشهای كمتر از ۳ثانیه به۶۰تا۸۰درجه سانتیگراد می رسدكه باعث مرگ سلولی موثر وچشمگیری در آن ناحیه می شود.حجم بخش كانونی به صورت بیضوی با قطر ‏mm‏ ۲-۱و طول ‏cm‏۲-۱در راستای محور تابش است.
● مشخصات فنی دستگاه :
تعداد زیادی از دستگاههای ‏HIFU‏ در مطالعات آزمایشگاهی استفاده شده است اما تعداد كمی از این دستگاه ها به صورت رایج استفاده كلینیكی دارند.دستگاه های‏HIFU‏ به دو دسته ی كلی تقسیم می شوند :
● خارج بدنی (‏extracorporeal‏) و داخل ركتومی (‏transrectal‏) . ‏
دستگاه خارج بدنی برای هدف قراردادن بسیاری از اندام ها به كار رفته است . این دستگاه ها اصولا فاصله ی كانونی بزرگ تری نسبت به دستگاه های ترانس ركتال دارند . به همین دلیل معمولا ترانسدیو سرهای آنها ابعاد بزرگ تری دارند (به جز دستگاه های مورد استفاده در چشم پزشكی) و با فركانس پایین ترو شدت بالاتری نسبت به دستگاه های مشابه ترانس ركتال كار می كنند به این دلیل كه با كاهش فركانس امواج اولتراسوند نفوذ پذیری آن بیشتر می شود . دستگاه های ترانس ركتال برای درمان بیماری های پروستات به كار می رود . مدل ساخت ‏ter Haar ‎‏ كه یك نمونه اولیه از دستگاه های خارج بدنی بود یك لید كروی دارد و پیزو الكتریك آن از جنسPZT‏ با قطر ‏cm‏۱۰ و فاصله ی كانونی ‏cm‏ ۱۵ می باشد . این دستگاه در فركانس ‏MHZ‏ ۱.۷ كار می كند و شدت آن از ‏cm۲‎‏/ ‏w‏ ۱۰۰۰ تا ‏cm۲‎‏/‏w‏ ۴۶۶۰ قابل تنظیم است . دستگاه خارجی دیگری كه در چین طراحی و ساخته شده (‏changqing co‏) از یك ترانسدیوسر ‏PZTبا قطر ‏cm‏ ۱۲ و فاصله كانونی ‏cm‏ ۱۶ - ۱۰ استفاده می كند . كه می تواند در فركانس ‏MHZ‏ ۰.۸ یا ‏MHZ‏۱.۶ كار می كند . در داخل آن نیز یك اسكنر تشخیصی ‏MHZ‏ ۳.۵ جای گرفته است .
دستگاه ترانس ركتال مدل(‏Sonablate Focal Surgery Milpitas ca‏) از یك ترانسدیوسر ‏MHZ‏۴ با پیزوالكتریك‏PZT‏ هم برای تصویربرداری و هم برای درمان استفاده می كند .فاصله ی كانونی آن می تواند ‏cm‏۳ و ‏cm‏ ۳.۵ و یا ‏cm‏۴ باشد و شدت در كانون بسته به فاصله ی كانونی بین ۱۶۸۰ تا ‏cm۲‎‏/‏w‏ ۲۰۰۰ است .
‏● مانیتورینگ درمان :
یك فاكتور 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 كه از اولتراسوند برای هدایت درمان استفاده می شود دو ترانسدیوسر تشخیصی و درمانی روی یكدیگر به گونه ای ثابت شده اند كه كانون هایشان روی هم قرار گیرد . پس از ردیابی مكان تومور به وسیله ی ترانسدیوسر تشخیصی درمان با ترانسدیوسر درمانی آغازمی شود .تمام مراحل درمان در تصاویر تشخیصی بصورت مقیاس خاكستری (‏gray scale‏) قابل مشاهده است .
‏MRI‏ از تصاویری با كیفیت بالا برخوردار بوده اما قیمت آن بیشتر است . ایجاد ارتباط بین تصاویر ‏MR ‎با اولتر اسوند كانونی نیز كند 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 كمك آن كوتاه تر است. ایراد این سیستم این است كه كیفیت تصویر ممكن است كمتر از حد اپیتم باشد .اولتراسوند تشخیصی در بخش هایی كه استخوان یا احشاء پرشده از هوا وجود دارند دچار مشكل می شود . البته این مشكل می تواند یك مزیت برای سیستم باشد به گونه ای كه از تابش اولتراسوند درمانی به این مناطق جلوگیری می شود.
دیگر روش های تصویر برداری برای درمان با ‏HIFU‏ مانند الاستوگرافی (‏MRE‏) در حال گسترش هستند ولی هیچ كدام هنوز مورد استفاده كلینیكی قرار نگرفته اند .
انواع سرطان هایی كه با ‏HIFU‏ درمان می شوند:
▪ سرطان پروستات :
‏HIFU‏ در اروپا بصورت یك روش رایج درمانی و كلینیكی در درمان ‏BPH‏ و ‏COP‏ (سرطان پروستات) استفاده می شود . دراین شیوه پروب را ازركتوم وارد بدن بیمار می كنند و با استفاده از یك دستگاه ترانس ركتال پروستات را چندین بار تا نابودی كامل تومور هدف قرار می دهند .
▪ سرطان كبد :
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 . كل زمان درمان از ۱ ساعت برای تومورهای سطحی ۲سانتی متری تا ۵ ساعت یا بیشتر برای تومور های ۱۰ سانتی متری متغیر بوده است . ‏HIFU‏ هم اكنون در چین بعنوان یك روش درمانی برای سرطان كبد پذیرفته شده است .
البته در مجموع موارد انسانی كمی با ‏HIFU‏ درمان شده اند و بیشتر آزمایشا ت روی حیوانات ا نجام یافته است.روش اصلی درمان كما كان جراحی است اگر چه در صد بازماندگان این بیماری بعد از جراحی تنها ۳۰-۲۵در صد تا ۵ سال بعد از عمل می باشد .
▪ سرطان مثانه :
سرطان سطحی مثانه یكی از مواردی است كه برای درمان با ‏HIFU‏ خارجی مناسب شناخته شده است .اولتراسوند تشخیصی روش جایگزین سیستوسكوپی شده است و اگر بتواند با ‏HIFU‏ همراه شود مشكل روش تهاجمی سیستوسكوپی را نخواهد داشت .در مقایسه ی نتایج موفقیت آمیز آزمایش های بالینی انجام شده كه قابل رقابت با روش های درمانی رایج است ، ‏HIFU‏ به زمانی بیشتر و بیهوشی موضعی نیاز دارد .در نتیجه این روش هنوز بعنوان یك روش مناسب تر معرفی نشده است .
▪ ‎سرطان كلیه :
مطالعات زیادی در حیوانات كوچك انجام شده كه در آنها قسمت های بزرگ شده ی خوش خیم و بد خیم در كلیه تخریب شده اند و همچنین در بعضی از آزمایشات نیز كلیه 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 تكنیك با توجه به پیشرفت های تكنولوژیكی در حال افزایش است . در چین تومورهای كلیوی در اندازه هایcm‏۱۳‏‎-‎‏۳درمان شده اند .‏
▪ ‎سرطان سینه :
‏HIFU‏ در چین یك روش درمانی تایید شده برای درمان سرطان سینه است . در دیگركشورها نیز تحقیقاتی صورت گرفته است .
▪ ‎سرطان استخوان :
‏HIFU‏ درچین برای درمان سرطان استخوان نیز به عنوان یك روش درمانی پذیرفته شده است .‏
‏ در مورد سرطان های دیگر تحقیقات بسیار محدود بوده است . ‏HIFU‏ همچنین برای تسكین درد در بیماران مبتلا به سرطان های پیشرفته مثل سرطان پانكراس (لوزالمعده) نیز به كار رفته و نتایج خوبی حاصل شده است .
علیرغم تحقیقات ارزشمندی كه در زمینه ی ‏HIFU‏ انجام شده ، استفاده از آن به عنوان یك وسیله ی جراحی غیر تهاجمی در بسیاری از موارد هنوز در مرحله ی مقدماتی خود قرار دارد . اما به نظر می رسد كه 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 كند.

‎

نویسندگان:بهزاد یثربی عضو هیئت علمی دانشكده پزشكی دانشگاه آزاد تبریز‏‎ ‎،‎ ‎اشكان لك زاده و‎ ‎نونا‎ ‎فربهی دانشجویان كارشناسی دانشكده مهندسی پزشكی دانشگاه آزاد واحد علوم و تحقیقات تهران
رفرنس:
‏‎۱)High intensity focused ultrasound:surgery of the future?.British Journal of Radiology(۲۰۰۳)۷۶,۵۹۰-۵۹۹‎
‎۲)Therapeutic ultrasound.European Journal of Radiology.volume ۹,issue۱,march ۱۹۹۹,۳-۹‎
‎۳)Therapeutic applications of ultrasound. Progress in Biophysics and Molecular Biology. Article in Press, Corrected Proof( ۲۰۰۶ )‎
‎۴) Contrast-agent-enhanced ultrasound thermal ablation. Ultrasound in Medicine & Biology Volume ۳۲, Issue ۷ , July ۲۰۰۶, Pages ۱۱۰۳-۱۱‎‏ ‏
SITES:‎
‎۵)www.sciencedirect.com‎‏ ‏
‎۶)www.cancer.org

منبع : مجله مهندسی پزشکی و تجهیزات آزمایشگاهی