Các ứng dụng của siêu âm điều trị trong y học được chấp nhận và lợi ích của tác dụng siêu âm sinh học được sử dụng nhiều năm qua. Cường độ siêu âm thấp khoảng 1 MHz được áp dụng rộng rãi kể từ thập niên 1950 cho vật lý trị liệu trong viêm gân và viêm bao hoạt dịch. Trong thập niên 1980, sốc sóng biên độ áp lực cao [high-pressure-amplitude shock waves] bắt đầu được dùng tán sỏi thận và "lithotripsy" nhanh chóng thay cho phẫu thuật và là lựa chọn điều trị thường xuyên nhất. Sử dụng năng lượng siêu âm trị liệu tiếp tục mở rộng, và các ứng dụng được chấp thuận hiện nay bao gồm uterine fibroid ablation, phacoemulsification, surgical tissue cutting và hemostasis, transdermal drug delivery, và bone fracture healing. Tác động sinh học không mong muốn có thể xảy ra, trong đó bỏng nhiệt do điều trị và xuất huyết nặng do điều trị cơ học (ví dụ như, tán sỏi). Trong tất cả các ứng dụng điều trị bằng tác động sinh học siêu âm, chuẩn hóa, định liều, bảo đảm lợi ích, và giảm thiểu nguy cơ tác dụng phụ phải được xem xét cẩn thận để đảm bảo lợi ích tối ưu về tỷ lệ rủi ro cho bệnh nhân. Siêu âm điều trị thường có cũng xác định lợi ích và rủi ro và do đó vấn đề xử trí an toàn cần trình bày cho bác sĩ. Tuy nhiên, thông tin an toàn có thể phân tán, khó hiểu, hoặc tùy thuộc vào xung đột lợi ích thương mại. Tầm quan trọng tối thượng để xử trí các vấn đề này là giao tiếp thông tin an toàn thực hành của các nhóm có thẩm quyền, chẳng hạn American Institute of Ultrasound in Medicine cho cộng đồng siêu âm y học. Trong tổng quan này, Ủy ban Bioeffects của American Institute of Ultrasound in Medicine vạch ra các phương pháp điều trị siêu âm, trong đó việc sử dụng lâm sàng hoặc trong nghiên cứu, và cung cấp hướng dẫn chung để đảm bảo an toàn siêu âm điều trị.
Siêu âm không chỉ là một phương thức chẩn đoán hình ảnh mà còn là một phương thức điều trị mà trong đó năng lượng được gửi trong mô
để tạo ra các tác dụng sinh học. Ứng dụng y học siêu âm cho trị liệu bắt đầu
được khám phá từ thập niên 1930. Các ứng dụng ban đầu đã cố sử dụng các cơ
chế làm nóng mô (tissue heating) cho nhiều bệnh khác nhau. Qua các thập niên
sau, những tiến bộ khoa học cho phép cải tiến phương pháp điều trị hiệu quả bệnh
Meniere, bằng cách hủy dây thần kinh tiền đình (vestibular) và bệnh
Parkinson bằng cách dùng siêu âm tập trung (focused US) để huỷ mô não khu trú. Vào những năm 1970, siêu âm điều trị được thành lập cho vật lý trị liệu và nghiên cứu tiếp tục
với các ứng dụng khó khăn hơn trong neurosurgery và cho điều trị ung thư. Sau
đó, siêu âm điều trị đã phát triển tăng tốc, với một loạt các phương pháp hiện
nay còn sử dụng. Các ứng dụng mạnh của siêu âm điều trị hiệu quả cũng mang lại
các tác dụng sinh học rủi ro ngoại ý bất lợi, dẫn đến chấn thương nghiêm trọng,
thậm chí đe dọa mạng sống bệnh nhân. Vì vậy, việc chuẩn hóa, định liều [dosimetry],
bảo đảm lợi ích, và giảm thiểu nguy cơ tác dụng phụ phải được xem xét cẩn thận
để đảm bảo một kết quả tối ưu cho bệnh nhân.
Bảng 1.
Cục quản lý dược và Thực phẩm – các chế độ được
chuẩn y cho siêu âm điều trị
Mục đích của tổng quan này là một phác thảo ngắn
về sự phát triển gần đây của các ứng dụng siêu âm điều trị và các thiết bị
chuyên ngành đã được chấp thuận cho sử dụng, cùng với cân nhắc an toàn có liên
quan. Các ứng dụng điều trị của siêu âm có thể được sử dụng lâm sàng sau khi được chính
phủ phê duyệt (ví dụ như bởi FDA tại Mỹ)
cho tiếp thị các thiết bị điều trị thích hợp. Danh sách các ứng dụng điều trị được
FDA chấp thuận với các thiết bị sử dụng trong lâm sàng được cung cấp trong bảng
1. Cơ sở cơ bản của năng lượng và các cơ chế qua trung gian siêu âm cho các
hiệu ứng sinh học được thảo luận, theo sau thảo luận về các phương pháp siêu âm điều
trị bằng cách sử dụng nhiệt, bao gồm vật lý trị liệu, hyperthermia và siêu
âm tập trung cường độ cao (HIFU). Sau đó các ứng dụng nonthermal được xem xét,
bao gồm cả extracorporeal shock wave lithotripsy (ESWL), intracorporeal lithotripsy
và cường độ thấp hơn, các thiết bị siêu âm với tần số kilohertz. Một số phương
pháp trị liệu siêu âm không chắc chắn, với nhiều cơ chế, bao gồm cả skin
permeabilization (thẩm thấu qua da) để phân phối thuốc và siêu âm xung cường độ
thấp, có thể làm sớm lành xương gãy. Tiềm năng mới phương pháp siêu âm điều trị
được đề cập ở phần cuối, bao gồm cả microbubble [vi bọt] mới hoặc phương pháp
điều trị bằng cách tạo hốc [cavitation]. Cuối cùng, người đọc được nhắc nhở về
cân nhắc an toàn quan trọng, và hướng dẫn điều trị chung được trình bày. Không nghi
ngờ gì về khám phá lý sinh tiếp tục trong siêu âm sẽ dẫn đến các phương pháp
điều trị và ứng dụng mới. Một khi siêu âm điều trị được tiếp tục phục hưng,
phương pháp điều trị mới được thành lập trong phòng thí nghiệm sẽ được chuyển đến
lâm sàng trong tương lai gần.
Căn bản lý sinh cho các ứng dụng siêu âm điều trị [The Biophysical Bases for Therapeutic Ultrasound Applications]
Năng lượng siêu âm là một phương thức có ảnh hưởng tạo ra các tác dụng sinh học. Với hiểu biết đầy đủ về nguyên do và đo phơi nhiễm [exposimetry], tác dụng sinh học có thể được lên kế hoạch cho các mục đích điều trị hoặc tránh dùng trong các ứng dụng chẩn đoán. Cho điều trị, siêu âm có thể gây ra hiệu ứng không chỉ thông qua tạo nhiệt mà còn thông qua các cơ chế không sinh nhiệt, bao gồm cả siêu âm tạo hốc, kích hoạt khí cơ thể, ứng suất cơ học và các tiến trình không sinh nhiệt chưa xác định khác.
Bắt đầu từ khung chẩn đoán
tham chiếu, siêu âm thường được sản xuất từ một tinh thể piezoceramic trong các
xung rất ngắn, ví dụ, 1 - 5 chu kỳ. Siêu âm chẩn đoán thường được đặc trưng bởi
tần số trung tâm các xung (thường trong khoảng 2 đến 12 MHz), mà thường là
tần số vốn có từ độ dày của tinh thể gốm. Khi biên độ áp lực, tần số, hoặc độ
dài truyền tăng lên, sóng siêu âm có thể
biến dạng, cuối cùng có thể dẫn đến gián đoạn hoặc sốc trong dạng sóng. Đối
với tác dụng sinh học, bằng cách tăng tần số, biến dạng âm phi tuyến hoặc độ dài
xung có thể tăng nhiệt và tăng cường một số cơ chế nonthermal, ví dụ, lực bức
xạ âm. Giảm tần số làm tăng khả năng tạo hốc và kích hoạt khí cơ thể. Tăng năng
lựợng hoặc cường độ có xu hướng tăng độ lớn của tất cả các cơ chế tác dụng sinh
học. Thiết bị siêu âm điều trị có thể sử dụng các xung [bursts] ngắn hoặc sóng liên
tục để cung cấp năng lượng siêu âm có hiệu quả cho các mô. Một số thiết bị hoạt
động ở biên độ cao và do đó có xu hướng để sản xuất bị sóng ứng suất (shocked
waves) hoặc sóng biến dạng (distorted waves).
Nhiệt do siêu âm
gây ra là kết quả của sự hấp thu năng lượng siêu âm trong mô sinh học. Để chẩn
đoán siêu âm, nhiệt độ cao và tiềm năng cho tác dụng sinh học được giữ tương
đối thấp hoặc không đáng kể bởi chỉ dẫn sử dụng được mô tả cẩn thận, bằng cách áp dụng nguyên lí ALARA (as low as reasonably achievable), cường
độ trung bình giới hạn thời gian và thời gian tiếp xúc (phơi nhiễm) thường
ngắn. Các ứng dụng điều trị của siêu âm tạo nhiệt do đó hoặc sử dụng tạo nhiệt
thời lượng dài với chùm âm không tập trung hoặc sử dụng siêu âm tập trung cường độ cao
(hơn là để chẩn đoán). Việc sử dụng tạo nhiệt không tập trung, ví dụ,
trong vật lý trị liệu để chữa trị các mô hấp thụ cao như xương hoặc gân, có thể
được điều chỉnh để tăng tạo nhiệt mà không gây chấn thương. Ngoài ra, hơi nóng
có thể được tập trung bởi các chùm âm tập trung cho đến khi mô đông đặc trong mục
đích làm tissue ablation. Tạo nhiệt siêu âm có thể dẫn tới những biến đổi mô không
thể đảo ngược, theo mối quan hệ nghịch đảo nhiệt độ thời gian. Tùy thuộc vào
gradient nhiệt độ, những ảnh hưởng từ phơi nhiễm siêu âm có thể bao gồm tăng nhiệt
nhẹ, gây đông [coagulative] hoặc hoại tử tạo dịch [liquefactive necrosis], bốc hơi mô hoặc cả ba.
Siêu âm tạo hốc và kích hoạt khí cơ thể là những cơ chế có liên
quan chặt chẽ, phụ thuộc vào biên độ áp lực làm loảng [rarefactional] sóng siêu
âm. Siêu âm truyền vào mô có thể có rarefactional pressure amplitudes của vài
megapascals (MPa). Dạng căng do ứng suất này được hỗ trợ bởi các phương tiện,
và, ví dụ, một rarefactional pressure 2-MPa, là phổ biến đối với siêu âm chẩn
đoán, đại diện cho một sức căng âm 20 lần so với áp suất khí quyển (tức là, 0,1 MPa). Rarefactional
pressure này có thể hoạt hoá hoạt động tạo hốc ban đầu trong mô khi các nhân tạo
hốc thích hợp có mặt hoặc trực tiếp gây ra pulsation của các khí cơ thể có từ
trước, chẳng hạn như xảy ra trong phổi và ruột hoặc với các chất siêu âm tương
phản. Tạo hốc và khí kích hoạt cơ thể chủ yếu gây ra chấn thương mô tại chỗ
trong vùng lân cận của hoạt động tạo hốc, gồm gây chết tế bào và xuất huyết
mạch máu.
Các cơ chế tiềm năng khác cho
các tác động sinh học của siêu âm bao gồm hành động trực tiếp của các ứng suất nén,
căng, và biến dạng. Ngoài ra, hiện tượng thứ phát, phụ thuộc vào năng
lượng truyền siêu âm, gồm áp lực bức xạ, lực trên các hạt, và dòng chảy âm [acoustic
streaming]. Với siêu âm cường độ cao [high-power] hoặc biên độ cao để điều trị, một số cơ chế
khác nhau có thể góp phần đồng thời ảnh hưởng sinh học toàn bộ trong điều trị.
Thêm vào cơ chế vật lý trực tiếp cho các hiệu ứng sinh học, có những cơ chế vật
lý thứ phát, sinh học và sinh lý gây thêm tác động vào cơ thể. Một số ví dụ như co
mạch [vasoconstriction], nhồi máu [ischemia], thoát mạch [extravasation], chấn
thương reperfusion, và đáp ứng miễn dịch. Đôi khi những tác động thứ phát lại lớn
hơn trực tiếp từ siêu âm.
Các ứng dụng điều
trị của siêu âm dựa trên Tạo nhiệt [Therapeutic Applications of Ultrasound Based on Heating]
Vật lý trị liệu
Các chùm siêu âm không tập trung cho vật lý trị liệu là ứng dụng lâm sàng đầu
tiên, từ
những năm 1950, thường được gọi đơn giản
là "siêu âm điều trị". Phương thức này hiện nay thường gồm
một đơn vị cơ bản tạo ra một tín hiệu điện và một đầu dò cầm tay. Đầu dò cầm
tay với gel tiếp xúc và di chuyển theo chuyển động tròn trên vùng bị thương
hoặc đau để điều trị các bệnh như bursitis của vai và tendonitis do kỹ thuật
viên đào tạo vật lý trị liệu. Mục tiêu là làm ấm gân, bắp thịt và mô khác để
cải thiện lưu lượng máu và tăng tốc chữa lành. Các môi chất tiếp xúc cũng có
thể gồm nhiều hợp chất khác nhau để tăng
cường điều trị. Ứng dụng siêu âm có thể hỗ trợ bằng cách thúc đẩy chuyển giao hợp
chất vào da, đôi khi gọi là sonophoresis hoặc phonophoresis (vì ngược với
electrophoresis). Thuốc, chẳng hạn như lidocaine và cortisol, được dùng rộng
rãi trong y học thể thao. Mức độ lợi ích lâm sàng cho bệnh nhân từ phương pháp siêu
âm vật lý trị liệu vẫn chưa rõ. Tuy nhiên, nguy cơ gây hại, chẳng hạn như bỏng,
dường như là thấp khi được áp dụng đúng cách. Nhìn chung, siêu âm cho vật lý
trị liệu do đó có hiệu quả khiêm tốn của về lợi ích bệnh nhân và có mức độ rủi
ro thấp.
Hyperthermia
Một nỗ lực đáng
kể trong suốt thập niên 1980 và thập niên 1990 đã tìm cách để phát triển các
phương tiện để tạo nhiệt bằng siêu âm cho khối lượng mô tương đối lớn nhằm điều
trị ung thư. Phương pháp hyperthermia này liên quan đến việc làm nóng đồng nhất một khối
u đến khoảng 42 ° C đến 45 ° C trong khoảng 30 đến 60 phút, dường như có hiệu
quả trong việc làm giảm khối u tăng trưởng. Multielement applicators được dùng
từ 1 đến 3,4 MHz. Trong thử nghiệm lâm sàng, hyperthermia được dùng với bức xạ
trị liệu hoặc không và hiệu quả khiêm
tốn đã được báo cáo. Nghiên cứu cho thấy rằng hyperthermia có thể có lợi cho việc chuyển giao thuốc nanoparticles điều trị. Tuy nhiên, các phương pháp hyperthermia với nhiệt độ vừa
phải đã không được sử dụng nhiều trong lâm sàng, và việc điều trị ung thư bằng
hyperthermia đã chuyển sang sử dụng HIFU.
Siêu âm tập trung
cường độ cao [HIFU]
Siêu âm tập trung
cường độ cao ban đầu được nghiên cứu lâm sàng cho thermal ablation mô não không
thể phẫu thuật trong bệnh Parkinson. Trong máy HIFU, bộ phận phát tín hiệu được
kết nối với một đầu dò làm tập trung [focusing transducer], qua đó tạo cường độ cục
bộ rất cao, lớn hơn 1 kW/cm2 ở tần số siêu âm 0,5 đến 7 MHz tại vị trí tập trung.
Các tổn thương gây ra trong mô có đường kính và chiều dài vài milimét.
Vị trí điểm này phải được kiểm soát cẩn thận và chuyển sang huỷ khối lượng mô lớn hơn. Phương pháp này được FDA
Mỹ chấp thuận để điều trị nhân xơ tử cung, tim, mô mềm nội tạng, và điều trị thẩm
mỹ như nâng cung lông mày. Ngoài ra, có một phương pháp được phát triển và được chấp
thuận cho điều trị bệnh tăng nhãn áp bằng HIFU.
Thêm vào các
thiết bị được chấp thuận của FDA để sử dụng lâm sàng, còn có rất nhiều thủ thuật
đang được thăm dò để được áp dụng vào lâm sàng. Ứng dụng siêu âm tập trung
cường độ cao trong điều trị và trị bệnh là một trong các lãnh vực có nhiều hoạt
động nghiên cứu và phát triển với các phương thức năng lượng không ion hoá [nonionizing] như
cao tần [radiofrequency], laser, và vi sóng [microwaves]. Ví dụ, HIFU đang được theo dõi điều trị điều
hoà dẫn truyền thần kinh. Trong các ứng
dụng khác, lâu đời nhất và có thể là lãnh vực được theo dõi nhiều nhất (đặc
biệt là ở ngoài nước Mỹ) là điều trị tăng sản lành tính tuyến tiền liệt và điều trị ung thư tuyến tiền liệt bằng HIFU.
Một số nghiên cứu đa trung tâm có hệ thống với nhiều năm theo dõi đã thiết kế sử dụng HIFU như một lựa chọn cho xử
trí ung thư tiền liệt tuyến.
Yếu tố then
chốt của ứng dụng điều trị bằng năng lượng siêu âm là khả năng tập trung
năng lượng từ vài milimét tới centimét cách mặt phẳng đầu dò. Do đó, rất quan
trọng để xác định chính xác vị trí của khu vực điều trị với các máy siêu âm.
Hơn nữa, những thay đổi mô trong khu vực điều trị phải được theo dõi chắc chắn
để xác nhận đã đạt được điều trị đầy đủ. Chùm siêu âm tập trung sau đó được chuyển sang vị trí khác để hoàn tất việc điều trị khối lượng theo kế hoạch.
Hai phương pháp được sử dụng cho hướng dẫn hình ảnh và giám sát điều trị là tạo
hình cộng hưởng từ và tạo hình siêu âm. Tạo hình cộng hưởng từ có thể đo nhiệt
độ thay đổi trong thời gian điều trị, trong vùng điều trị của thủ thuật siêu âm
điều trị. Các máy chuyên biệt lâm sàng có máy con siêu âm điều trị tích hợp vào máy cộng hưởng từ, được sử dụng điều
trị u xơ tử cung và não, vú, xương, gan và ung thư tuyến tiền liệt .
Giám
sát và hướng dẫn dựa vào siêu âm cung
cấp khả năng của các máy có
kết hợp cả điều
trị và tạo
hình trong một hệ thống nhỏ gọn [compact]. Giám sát tạo hình siêu âm về những thay đổi mô
trong siêu âm trị liệu vẫn còn đang phát triển, và một số phương pháp được dựa
trên kết hợp tốc độ của âm, giảm âm, độ
cứng, và thay đổi nội dung hơi nước [vapor]
trong vùng mục tiêu, bao gồm boiling detection.
Thêm
vào các thiết bị tập trung bên ngoài, một số thiết bị khác và các hệ thống đang
được phát triển cho đông đặc mô mềm, chủ yếu được sử dụng trong phương pháp
tiếp cận noninvasive: percutaneously for interstitial liver tissue ablation, hoặc thông qua các
lỗ tự nhiên như phương pháp
điều trị tuyến tiền liệt qua trực tràng.
Ví dụ, siêu âm qua ngã niệu đạo đã
được đề nghị cho đốt tuyến tiền liệt; điều trị nội soi với đầu dò siêu âm
intraductal đã được sử dụng để điều trị u đường mật; cách tiếp cận nội mạch [intravascular] đã được áp dụng
cho cardiac
ablation.
Các ứng dụng không xâm lấn trong thẩm mỹ đang được theo đuổi nghiên cứu và phát triển đáng kể. Máy siêu âm tập trung trong các ứng dụng này
được trực tiếp trong vòng 2 đến 20 mm đầu tiên của da và mô dưới da (bì đến mỡ dưới
da). Tổn thương rất nhỏ từ 1 mm3 lên đến nhiều chục centimet khối có thể được tạo
ra. Cách tiếp cận này có thể thay thế cho hút mỡ [liposuction], an toàn
hơn trong thẩm mỹ. Mô nông được tiếp xúc với HIFU, dẫn đến việc làm co lại mô collagen
(bì) hoặc để phá hủy mô mỡ. Một máy đã được chấp thuận cho làm fat
debulking cho lâm sàng trong liên minh châu Âu và Canada. Tùy vào thiết bị, cũng như các ứng
dụng trong thẩm mỹ, cả cơ chế nhiệt và không nhiệt trong một khu vực siêu âm
được sử dụng cho các thủ thuật này. Một trong những thiết bị này hiện đang được
chấp thuận cho sử dụng tại Mỹ, và nhiều máy khác cho toàn thế giới. Sử dụng dài
hạn công nghệ này, cũng như phê duyệt theo quy định, vẫn còn đang phát triển.
Ứng dụng siêu âm tập trung cường
độ cao liên quan đến cung cấp năng lượng
siêu âm đáng kể cho các vùng khu trú, và chấn thương mô ngoại ý luôn được
cân nhắc. Thông thường, bỏng ngoại ý và đau có thể xảy ra. Ngoài ra, HIFU có
thể gây ra vasospasms và hemorrhage đồng thời khi
tạo hốc trong mô. Các tác dụng sinh học đáng kể khác và biến chứng có
thể còn tồn tại, với cân nhắc lợi ích rủi ro duy nhất cho mỗi ứng dụng. Điều
trị các tuyến tiền liệt, như ung thư tuyến tiền liệt, có thể dẫn đến một số
biến chứng niệu khoa, bao gồm cả bất lực và tiểu không kiểm soát [incontinence],
mà chúng cũng có thể xảy ra với các loại điều trị ung thư tuyến tiền liệt khác.
Siêu âm tập trung cường độ cao được sử dụng để điều trị rung nhĩ bằng tissue
ablation có thể gây ra pulmonary vein isolation. Tuy nhiên, biến chứng nghiêm
trọng có thể xảy ra là tạo atrial-esophagial fistula, rất khó giải quyết. Điều trị ung thư
gan và tuyến tụy cũng có thể dẫn đến biến chứng nghiêm trọng, gồm có tạo dò và hoại
tử xương sườn với gãy xương sườn chậm. Các cân
nhắc an toàn chi tiết nên kèm theo trong giới thiệu về các ứng dụng HIFU vào thực
hành lâm sàng để đảm bảo lợi ích trong khi làm giảm thiểu rủi ro cho bệnh nhân.
Các ứng dụng của siêu âm điều
trị dựa trên cơ chế không sinh nhiệt [Therapeutic Applications of Ultrasound Based on Nonthermal Mechanisms]
Tán sỏi từ ngoài cơ
thể [Extracorporeal Shock Wave Lithotripsy]
Extracorporeal shock wave lithotripsy là siêu âm điều trị được sử dụng rộng rãi, dựa trên cơ chế nonthermal. Khi được giới thiệu vào những năm 1980, tán sỏi nhanh
chóng được chấp nhận và trở thành phương pháp điều trị thống lãnh. Các thiết bị
shock wave tương tự như lithotripters
được chấp thuận và được quảng bá cho chỉ định chỉnh hình như viêm cân gan chân
và epicondylitis. Việc sử dụng sóng sốc [shock wave] điều trị cho các bệnh
khác, chẳng hạn như sỏi túi mật, cũng được thăm dò, nhưng không được áp dụng
rộng rãi. Hơn 50 thiết bị lithotripter đã có trên thị trường Mỹ. Soi huỳnh
quang [fluoroscopy] được dùng định mục tiêu cho tập trung âm trên sỏi tại Mỹ, mặc dù một số máy lithotripters có siêu âm B-mode để nhắm mục tiêu.
Lithotripters đầu tiên là electrohydraulic (thuỷ điện lực], bằng cách sử dụng
một nguồn tia lửa [spark] dưới nước và một bộ phận phản xạ [reflector]. Hầu hết
lithotripters hiện thời là thiết kế điện từ [electromagnetic], gửi một dòng điện cao thoáng qua qua một cuộn
dây, mà đến lượt nó gây dời chỗ một plate
[tấm]. Rất ít lithotripters sử dụng nguồn piezoceramic. Tất cả sản xuất ra cùng
một dạng sóng: một shocked spike 1-microsecond khoảng 50 MPa theo sau là khoảng 10-MPa, áp lực đuôi [pressure tail] âm
4-microsecond. Tần số trung tâm xấp xỉ khoảng 150 kHz, mặc dù không phải là một
tham số thường xác định được. Đã có xu hướng nhiều máy tập trung hơn, có liên
quan với kiểu early spark gap, nhưng không có lợi. Bằng chứng được trình bày là
highly focus shock waves giảm hiệu quả lâm sàng và an toàn và phụ thuộc vào cơ
chế phân mảnh trên độ rộng chùm âm.
Để điều trị ESWL, nguồn được
kết hợp bằng gối nước cho bệnh nhân và gel truyền và lithotripters còn lại
thông qua một bể nước tắm. Gần đây, coupling được công nhận là một yếu tố quan
trọng trong hiệu quả điều trị ESWL; một
điểm có ý nghĩa trong siêu âm điều trị. Có khoảng 3000 sóng sốc tác động ở tốc
độ lặp lại khoảng 2-Hz để phá sỏi thành các mảnh (nhỏ hơn 2 mm) để có thể thoát
ra nước tiểu tự nhiên. Cơ chế nổi bật là sóng âm chạy qua sỏi, tạo ra sóng biến
dạng để phá sỏi từ trong ra. Tạo hốc làm mẻ từ bên ngoài, gây yếu sỏi động học để
làm nứt thêm và nghiền sỏi nhỏ thêm thành kích thước có thể di chuyển được.
Tán sỏi có một số
tác dụng phụ quan trọng. Hầu như tất cả bệnh nhân đều bị chấn thương. Vỡ thành
mạch, và xuất huyết trong mô liên kết kẽ, có thể dập chủ mô hoặc máu tụ lớn dưới
bao. Viêm nảy sinh (ví dụ, viêm thận do tán sỏi, lithotripsy nephritis), có
thể tạo sẹo và mất chức năng thận vĩnh viễn. Ngoài ra và có khả năng do kết quả
của thác chấn thương trực tiếp này, tán sỏi làm tăng nhanh huyết áp hệ thống,
giảm chức năng thận, tăng huyết áp ban đầu, tăng tỷ lệ sỏi tái phát, và làm
bệnh sỏi nặng thêm. Có một nghiên cứu hồi cứu đơn độc đã liên kết tán sỏi với bệnh tiểu đường.
Những rủi ro của các tác dụng sinh học xấu
trong tán sỏi đã thúc đẩy khảo sát các phương pháp giảm nhẹ với một số thành
quả. Ví dụ, tốc độ lặp lại chậm hơn (1 Hz) thì an toàn hơn và hiệu quả hơn tốc độ nhanh (2 Hz), và việc tạm dừng điều trị sớm gần như loại trừ chấn thương ở động vật. Nhìn chung, tán sỏi đã là một
phương pháp siêu âm điều trị với hiệu quả và lợi ích cao cho bệnh nhân, nhưng cũng có rủi ro quan trọng, đặc biệt cho các bệnh nhân cần điều trị lặp đi lặp lại. Sự phát triển của các giao thức điều trị tán
sỏi an toàn hơn là một ví dụ tiên khởi của giá trị tiềm năng của nghiên cứu về
giảm nhẹ rủi ro cho việc tối ưu hóa lợi ích-rủi ro cho bệnh nhân – trong siêu
âm điều trị.
Tán sỏi trong cơ thể [Intracorporeal lithotripsy]
Tán sỏi cũng được thực hiện bằng các
đầu dò xâm hại tối thiểu, để tán sỏi tốt hơn. Intracorporeal lithotripsy là cách điều trị được ủng hộ cho nhiều bệnh nhân, ví dụ, cho sỏi
kích thước quá lớn, và có nhiều phương pháp và kỹ thuật khác nhau đã được báo cáo. Sỏi có thể
được tạo hình bằng siêu âm từ ngoài để hướng
dẫn hoặc bằng fluoroscopy hoặc phương pháp ureteroscopic, endoscopic, hoặc laparoscopic.
Đầu dò cứng có thể được dùng qua da, nhưng một số đầu dò flexible có thể dùng qua
ngã niệu quản. Đầu dò siêu âm cứng có thể sử dụng cả hai cách, pneumatic ở tần
số một vài hertz đến 1000 Hz và, ultrasonic ở khoảng 25 kHz. Electrohydraulic
probes, tạo ra một vaporous cavity ở đầu tận [tip] (tương tự như spark gap
external lithotripter nhưng không focusing), đã được sử dụng trong quá khứ.
Intracorporeal lithotripsy có nguy cơ gây xuất huyết, thủng niệu quản, chấn
thương đường tiết niệu và nhiễm trùng do bản chất xâm hại của các thủ thuật.
Thiết bị siêu âm tần số
kilohertz [Kilohertz-Frequency Ultrasound Devices]
Máy siêu âm vận hành trong chế độ tần số kilohertz (20–90 kHz), tương tự như
"sonicators" được sử dụng trong nghiên cứu sinh học để phá vỡ các tế
bào và các mô, nói chung đang được sử dụng thường xuyên như phẫu thuật cắt mô [tissue cutting] nâng cao và cầm máu [hemostasis] cũng như loại bỏ mô. Các máy này xuất hiện với
hoạt động chủ yếu qua hiệu ứng lý sinh khu trú cạnh mủi đầu dò, chứ không phải
sóng âm bức xạ. Ví dụ, một đầu dò siêu âm tần số kilohertz được dùng làm
phacoemulsification để loại bỏ thuỷ tinh thể của mắt trong thời gian phẫu
thuật cataracts. Đầu dò băm nhỏ cơ học
thuỷ tinh thể, có thể được hỗ trợ bởi siêu âm tạo hốc, và các mảnh thủy tinh
thể được lấy đi bằng cách hút qua đầu dò. Thủ thuật này giảm thiểu tác động lên bao thuỷ tinh thể.
Dụng cụ phẫu thuật siêu âm,
được gọi là "dao hoà âm, harmonic scalpels," có một que bằng titan
rung ở tần số 40 – 80 kHz với một kẹp tĩnh [static clamp] giữa mô (và mạch máu)
được làm đông nhanh nhờ frictional heating khu trú. Thủ thuật khác, liposuction
với siêu âm hỗ trợ, được dùng rộng rãi trong phẫu thuật thẩm mỹ cho mục đích gỡ
bỏ mô mỡ thừa. Cơ chế liên quan đến việc phá tế bào mỡ bằng cách tạo hốc và
loại bỏ nhũ tương mỡ bằng cách hút qua các đầu dò. Thủ thuật này có tính xâm
hại và có thể có biến chứng như chảy máu, sẹo và nhiễm trùng.
Các ứng dụng điều trị của
siêu âm với nhiều cơ chế [Therapeutic Applications of Ultrasound With Multiple Mechanisms]
Siêu âm với catheter [Catheter-Based Ultrasound]
Intravascular catheters đã
được phát triển với các đầu dò có tần số megahertz được đặt cạnh huyết khối để tăng cường làm tan. Ống thông được đặt vào một thrombus tĩnh mạch
sâu, và siêu âm hướng vào thrombus.
Ngoài ra, có những quy định cho truyền thuốc thrombolytic, như tissue
plasminogen activator. Thiết bị siêu âm tăng tốc hoạt động các thuốc
thrombolytic do đó tổng liều thuốc truyền và thời gian điều trị giảm đáng kể.
Vai trò của phương pháp này và đầy đủ các tính hữu dụng lâm sàng cho
thrombolysis vẫn còn đang được đánh giá.
Tăng tính thấm da [Skin Permeabilization]
Để chuyển thuốc qua da, lớp sừng [stratum corneum] (dày 310–30 μm)
tạo một rào cản chỉ cho qua các phân tử thuốc
có trọng lượng lớn hơn 500 Da. Hiệu ứng tần số siêu âm thấp (nhỏ hơn100 kHz) có
khả năng làm tăng tính thấm của stratum corneum, vốn được coi là một rào cản chính
của khuếch tán protein. Điều trị được theo dõi bằng cách đo điện dẫn truyền da.
Một khi thuốc qua được stratum corneum, các lớp tiếp theo sẽ dễ vượt qua, và
sau đó thuốc tới các mao mạch để được hấp thụ. Phương pháp tăng tính thấm da
này có ích để tránh việc sử dụng nhiều kim, ví dụ, chuyển heparin hoặc insulin qua
da.
Siêu âm xung cường độ thấp [Low-Intensity Pulsed Ultrasound]
Siêu âm xung cường độ thấp có
các ứng dụng điều trị để đẩy nhanh việc làm lành xương gãy, gồm các trường hợp không
liền xương. Các đặc tính của siêu âm xung, ví dụ, tần số 1,5-MHz với một cường độ bình quân thời
gian và không gian là 30-mW/cm2 trong phạm vi của siêu âm chẩn đoán. Các cơ chế
lý sinh của tác động điều trị cho ứng dụng này không chắc chắn. Trị liệu liên
quan đến nhiều phương pháp trong 20 phút mỗi ngày bằng cách áp đầu dò phẳng lớn
vào vị trí chấn thương và tiếp tục điều trị trong nhiều đợt hàng tháng. Mặc dù tiến
trình an toàn và hiệu quả, việc trị liệu chậm, và được giới hạn chủ yếu trong điều
trị xương gãy không lành.
Phương pháp mới trong tương lai của siêu âm điều trị [Prospective New Methods of Therapeutic Ultrasound]
Trong giai đoạn nghiên cứu siêu âm này, một
số phương cách mới của áp dụng siêu âm điều trị đang được nghiên cứu và phát
triển sâu
rộng. Các phương pháp mới dùng siêu âm tần số thấp,
năng lượng siêu âm vừa phải được hỗ trợ bởi stabilized microbubbles [vi bọt ổn
định] cho kích hoạt khí cơ thể hoặc siêu âm xung cường độ cao với tạo hốc mạnh.
Sonothrombolysis trực tiếp bằng cách sử dụng siêu âm tần số thấp tiêu chuẩn từ
ngoài, đã được thử nghiệm cho điều trị bệnh huyết
khối như trong đột quỵ. Chiến lược mới này cho thấy hứa hẹn nhưng cũng có tác
dụng phụ tiềm tàng. Ví dụ, xuất huyết não triệu chứng gia tăng trong một thử
nghiệm lâm sàng để điều trị với tần số 300-kHz với tissue plasminogen activator
so với chỉ điều trị bằng tissue plasminogen activator đơn độc. Nghiên cứu gần đây
gợi ý rằng vi bọt tăng cường thrombolysis và có thể có giá trị trong việc cải
thiện điều trị đột quỵ .
Một ứng dụng tiềm năng khác ở não sử dụng siêu
âm xung xuyên sọ (0,25–0,5 MHz) ở mức tương đối thấp (spatial-peak temporal-average intensity,
26–163 mW/cm2) gây kích thích vỏ [cortical]
và hồi hải mã [hippocampal] ở chuột. Vì gradient nhiệt độ đo được ít hơn 0,01 ° C, giả thuyết
về cơ chế nonthermal cho những tác động neuron được nêu ra.
Chiến lược điều trị dựa trên vi bọt đang được
nghiên cứu cho trị liệu nhắm mục tiêu và siêu âm định hướng. Trong những chiến
lược này, phơi nhiễm siêu âm từ ngoài kích hoạt microbubbles trong tuần hoàn
cũng có thể tác động như chuyển giao thuốc tại vị trí muốn điều trị. Tác
nhân tương phản vi bọt cũng có các ứng dụng trong việc cải thiện hiệu
quả điều trị của molecules hoạt động sinh học. Một số cơ chế có thể bao gồm (1)
nâng cao nồng độ các sinh phân tử điều trị trong khoang mạch của khu vực
mục tiêu, (2) tăng chuyển giao tác nhân điều trị do thoát mạch, và (3) có khả năng tăng cường
chuyển giao trong tế bào. Các phân tử của tác nhân điều trị có thể được gắn
vào các lớp vỏ ngoài của vi bọt, tích hợp bên trong các lớp vỏ của vi bọt,
hoặc được tải bên trong vi bọt và phóng thích trong khoang mạch khi siêu
âm làm vỡ vi bọt. Thoát mạch tác nhân điều trị với siêu âm và vi bọt thông qua tính thấm của
các mạch máu, ví dụ, băng qua hàng rào máu-não. Các
tác nhân điều trị do siêu âm vi bọt
chuyển giao có một lợi thế chủ yếu hơn các kỹ thuật khác bằng cách sử dụng các
vật [carriers] mang colloidal drugs như nanoparticles hoặc liposomes: kỹ thuật dựa trên vi bọt
có thể được nhắm mục tiêu thông qua sự kiểm soát từ ngoài của thiết bị siêu âm.
Cách tiếp cận tại chỗ này có thể cải thiện hiệu quả điều trị bao gồm thường
xuyên sử dụng các tác nhân hoá điều trị như paclitaxel. Liều của các tác
nhân cho mô bình thường được giảm thấp, trong khi giảm thiểu tác dụng không mong
muốn xa khỏi nơi điều trị. Ở cấp độ tế bào, siêu âm với vi bọt có thể
được sử dụng để tăng tính thấm màng tế bào thoáng qua, cho phép chuyển giao của
các phân tử lớn vào trong tế bào. Chuyển DNA được chứng minh trong nghiên cứu sâu
rộng về ứng dụng trị liệu gene.
Cơ chế tạo hốc cũng đang được khai thác để tạo
ra một phương pháp tissue ablation mới được gọi là histotripsy. Trong
histotripsy (giống như xung tán sỏi nhưng ở tần số cao hơn), các xung siêu âm biên độ rất cao với thời gian ít hơn
50 miligiây ỏ tần số 750 kHz tạo một đám mây vi bọt tạo hốc để làm đồng đều mô đích
như khối u nhưng ít tăng nhiệt. Các xung HIFU
dài hơn (ví dụ như hơn 3 miligiây ở tần số 2 MHz) với cường độ rất cao có thể
gây tăng nhiệt nhanh và cũng gây tạo hốc
và làm sôi với bóng hơi nở rộng rất nhanh, do đó làm mô mất liên tục.
Bởi vì tạo hốc là cơ chế thứ phát của phơi
nhiễm siêu âm, những vấn đề của định liều [dosimetry] và kiểm soát còn nhiều thách
thức. Việc xác định năng lượng lưu giữ lại bởi siêu âm với tạo hốc rất khó kiểm
soát hậu quả nhất. Về siêu âm tạo hốc, các nhà nghiên cứu cố gắng tuân theo 3 quy
tắc: (1) hiểu phương tiện (bao gồm cả nhân tạo hốc); (2) hiểu trường âm [sound
field]; và (3) biết được khi một hiệu ứng tạo hốc xảy ra. Nguyên tắc đầu tiên đề cập
đến ngưỡng tạo hốc, trong khi quy tắc thứ hai liên quan đến các phép đo
chính xác của acoustic field. Nguyên tắc thứ ba liên quan đến các sự kiện tạo
hốc quan sát được hoặc thông tin thứ phát liên quan có thể theo dõi được. Có
rất nhiều phương pháp đáng tin cậy và khoa học được thành lập để định lượng acoustic
field. Các phương pháp phát hiện thụ
động, bằng cách đo nhiễu ồn băng thông rộng từ vỡ vi bọt để theo dõi hoạt động
tạo hốc, có thể được triển khai, và nghiên cứu đã chỉ ra các thông số định liều hữu ích giúp dự đoán hiệu
ứng sinh học. Vì phương pháp điều trị mới
dựa trên tạo hốc đang phát triển, để đảm bảo an toàn tối ưu bệnh nhân, các cách
định liều tạo hốc và kiểm soát là cần thiết.
Hướng dẫn chung cho an toàn siêu âm điều trị [General Guidance for Therapeutic Ultrasound Safety]
Các phương pháp siêu âm điều trị cung cấp một trang bị [armamentarium] đáng kể cho thực hành y khoa. Ngoài ra, siêu âm vốn mang đặc điểm an toàn
thuận lợi về cơ bản ở bệnh viện. Ví dụ, các phương pháp siêu âm không có bức
xạ ion hóa với liều tích lũy và nguy cơ gây ung thư. Tiếp xúc năng lượng thấp, dưới
ngưỡng hiệu ứng sinh học, không tích lũy để gây ra các hiệu ứng, ngay cả khi
lặp đi lặp lại nhiều lần. Các sóng siêu âm phân tán và truyền đi kém trong không
khí: không cần bao tay chì, yếm hoặc trang phục bảo vệ khác cho siêu âm chẩn
đoán hoặc điều trị. Tuy nhiên, phương thức mạnh mẽ này nhất thiết cần một số
yếu tố an toàn để đạt được tỉ lệ hưởng lợi tối ưu trên nguy cơ.
An toàn cho người sử dụng [Operator Safety]
Người sử dụng thiết bị, phần lớn, có ít nguy cơ tổn thương từ máy móc và có thể ở lại trong phòng điều trị và có thể áp dụng thiết bị siêu âm
một cách an toàn với applicators cầm tay cho một số ứng dụng. Tuy nhiên, biện
pháp phòng ngừa đơn giản nên được làm theo cho hoàn toàn an toàn; ví dụ, không
test thiết bị siêu âm điều trị trên chính mình hoặc người khác (vì trái với tạo
hình siêu âm chẩn đoán, có thể được sử dụng trên các mô hình tình nguyện viên
cho các mục đích huấn luyện dưới giám sát y khoa).
An toàn cho bệnh nhân [Patient Safety]
Các máy siêu âm điều trị, tất
nhiên, có khả năng gây hiệu ứng sinh học đáng kể; vì vậy, phải chủ ý cẩn thận
thực hiện để giảm thiểu chấn thương cho từng bệnh nhân. Bệnh nhân nên được
thông báo đầy đủ các rủi ro, cũng như các lợi ích dự kiến.
Bảo đảm chất lượng [Quality Assurance]
Các máy siêu âm điều trị thường phức tạp và có thể xuống cấp hay hư hại. Mỗi máy nên được giám sát,
và thường xuyên test hoạt động an toàn cơ bản và xác minh các trường siêu âm
thích hợp để đảm bảo điều trị hiệu quả.
Tích lũy hiệu ứng sinh học [Accumulating Biological Effects]
Mặc dù không có tích lũy liều
cho bất kỳ siêu âm điều trị nào được xác định, hiệu ứng sinh học không mong muốn
như sẹo do bỏng và chấn thương mạch máu xảy ra trong thời gian điều trị có thể
tích lũy khi điều trị lặp đi lặp lại, và nên dự đoán khả năng này. Ví dụ,
nghiên cứu ở động vật cho thấy vĩnh viễn mất chức năng khối lượng thận với mỗi lần
tán sỏi; vì vậy, việc tái trị liệu làm chấn thương thêm thận đã suy.
Tỷ lệ rủi ro trên lợi ích [Risk to Benefit Ratios]
Những lợi ích và rủi ro tiềm
năng liên kết với các phương pháp siêu âm điều trị khác nhau rất thay đổi và
nên được người vận hành đánh giá. Ví dụ, siêu âm điều trị vật lý dường như có
rủi ro gây tổn hại thấp ở người có tay nghề vật lý trị liệu cao, nhưng kỳ vọng
lợi ích điều trị cũng thấp. Tán sỏi, ngược lại, có lợi ích to lớn trong điều
trị không xâm hại một bệnh nặng, mà trước đây cần phẫu thuật lớn, nhưng
cũng có rủi ro xuất huyết nặng và chấn thương thận dài hạn.
Nghiên cứu an toàn [Safety Research]
Việc tìm kiếm các ứng dụng
mới của công cụ mạnh mẽ này nên được theo đuổi một cách cẩn thận, với kiểm tra kỹ
lưỡng trên các mô hình động vật thích hợp để xác định tình huống bất lợi có thể có
trên người trước khi thử nghiệm lâm sàng. Đánh giá chính xác và chính xác các trường
âm thanh trong nước (water) và tại chỗ [in situ] nên theo sự phơi nhiễm [exposimetry] và định
liều [dosimetry] và số lượng mô hình trước đó được công nhận trong y văn siêu
âm. Phương tiện để theo dõi các cơ chế tăng nhiệt hoặc thứ phát, chẳng hạn như tạo
hốc âm, nên có tại chỗ. Hơn nữa, để đảm bảo lợi ích tối ưu bệnh nhân từ siêu âm
điều trị, nghiên cứu chuyên dụng nên liên tục tìm tòi các phương pháp tốt hơn và
an toàn hơn để nâng cao phương pháp điều trị hiện nay và giám sát điều trị.
Chữ viết tắt [Abbreviations]
ESWL=extracorporeal shock wave lithotripsy, FDA=Food and Drug Administration, HIFU=high-intensity focused ultrasound
© 2012 by the American Institute of Ultrasound in Medicine
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét