Исследователи приближают использование акустических волн для нацеливания и уничтожения раковых опухолей.
В то время как врачи использовали ультразвук низкой интенсивности в качестве инструмента медицинской визуализации с 1950-х годов, эксперты из Университета Ватерлоо используют и расширяют модели, которые помогают понять, как сфокусированный ультразвук высокой интенсивности (HIFU) может работать на клеточном уровне.
Исследование, проведенное под руководством Сива Сивалоганатана, прикладного математика и исследователя из Центра математической медицины Института Филдса, показало, что с помощью математических моделей в компьютерном моделировании фундаментальные проблемы технологии могут быть решены без какого-либо риска для реальных пациентов.
Сивалоганатан вместе со своими аспирантами Джун Мерли, Кевином Цзян и докторантом Марьям Гасеми создает математические модели, используемые инженерами и врачами для практического применения HIFU. Он сказал, что его коллеги из других областей интересуются теми же проблемами, "но мы идем к этому с разных сторон".
"Моя сторона – использовать математику и компьютерное моделирование для разработки надежной модели, которую другие могут использовать в лабораториях или клинических условиях. И хотя модели не так сложны, как человеческие органы и ткани, имитационное моделирование дает огромную фору для клинических испытаний."
Одно из препятствий, над преодолением которого в настоящее время работает Sivaloganathan, заключается в том, что при борьбе с раком HIFU также представляет опасность для здоровых тканей. Когда HIFU используется для уничтожения опухолей или раковых поражений, есть надежда, что хорошие ткани не будут разрушены. То же самое относится и к фокусировке интенсивных акустических волн на опухоли на кости, где выделяется много тепловой энергии. Сивалоганатан и его коллеги работают, чтобы понять, как рассеивается тепло и повреждает ли оно костный мозг.
Другие исследователи, работающие с Sivaloganathan, включают инженеров, которые создают физические технологии, и врачей, в частности, Джеймса Дрейка, главного хирурга больницы для больных детей, изучающего практическое применение HIFU в клинических условиях.
Сивалоганатан считает, что HIFU внесет значительные изменения в лечение рака и другие медицинские процедуры и методы лечения. HIFU уже находит практическое применение при лечении некоторых видов рака простаты.
"Я думаю, эта область займет центральное место в клинической медицине," он сказал. "Не имеет побочных эффектов лучевой терапии или химиотерапии. Нет никаких побочных эффектов, кроме эффекта тепла, над которым мы работаем прямо сейчас. Он также может применяться как новый способ разрушения тромбов и даже для приема лекарств."
Новая исследовательская статья Сивалоганатана по математическому моделированию для HIFU, "Оценка размеров однородного аттрактора для модели термотерапии, индуцированной фокусированным ультразвуком высокой интенсивности," с соавторами Мессудом Эфендиевым и Джун Мерли, недавно был опубликован в Бюллетене математической биологии.