Gli ultrasuoni, suoni con frequenze superiori a quelle udibili dall'uomo, sono comunemente usati nella diagnostica per immagini dei tessuti molli del corpo, compresi i muscoli, articolazioni, tendini e organi interni. Si sta anche esplorando una tecnologia chiamata ultrasuoni focalizzati ad alta intensità (HIFU) per usi terapeutici, tra cui la rimozione dei fibromi uterini e la distruzione dei tumori.
Il metodo ha dei limiti, però, in gran parte perché le ossa del corpo respingono, rifrangere, distorcere e assorbire le onde. Sebbene la maggior parte delle applicazioni mediche degli ultrasuoni siano in grado di aggirare le strutture ossee, due parti del corpo sono particolarmente impegnative:il fegato (perché è per lo più confinato all'interno della gabbia toracica) e il cervello (alloggiato all'interno del cranio).
Una suite non invasiva, le tecniche di messa a fuoco adattiva, che consentono di focalizzare i raggi ultrasonici attraverso la gabbia toracica e il cranio, saranno descritte durante Acoustics '17 Boston, il terzo incontro congiunto della Acoustical Society of America e della European Acoustics Association che si terrà dal 25 al 29 giugno, a Boston, Massachusetts.
Jean-François Aubry, direttore della ricerca presso il CNRS (il Centro nazionale per la ricerca scientifica in Francia) e un professore associato invitato presso l'Università della Virginia spiegheranno come la tecnologia alla base dell'HIFU è simile a come una lente ottica (come una lente d'ingrandimento) focalizza la luce. Qui, però, una lente acustica viene utilizzata per focalizzare più fasci di onde ultrasoniche sull'area di interesse, ad esempio un tumore al fegato. I fasci sono generati da trasduttori piezoelettrici, o "elementi":dispositivi che convertono una corrente elettrica in uno stress meccanico.
"L'ablazione [distruzione] del tumore può essere ottenuta aumentando la temperatura del tessuto in regioni mirate, fino a quando non si ottiene la necrosi termica, in genere riscaldando i tessuti fino a 60 gradi Celsius per un periodo di 10 secondi, " disse Aubry. Un osso, però, ha un coefficiente di assorbimento 10 volte superiore a quello dei tessuti molli, cioè l'osso assorbe le onde sonore 10 volte più efficacemente dei tessuti molli e questo potrebbe portare al surriscaldamento delle costole e persino a gravi ustioni sulla pelle sovrastante.
Per evitare ciò, Aubry e colleghi hanno sviluppato una tecnica di "inversione temporale" non invasiva, chiamato metodo DORT, che focalizza le onde ultrasoniche attraverso le nervature sfruttando le capacità di imaging di un array multi-elemento.
Primo, un impulso sonoro viene emesso da ciascun elemento dell'array, e vengono registrati i corrispondenti echi retrodiffusi dalle costole. Analizzando la retrodiffusione di più elementi, è possibile calcolare la forma di un fascio di ultrasuoni che suonerà tra le costole, evitando completamente l'osso.
L'ecografia nel cervello è complicata perché l'osso del cranio, oltre a riscaldarsi quando viene applicato un raggio ad ultrasuoni, distorce quel raggio, impedendogli di essere adeguatamente focalizzato sul tessuto bersaglio. Una soluzione è l'uso di array multi-elemento in combinazione con la tomografia computerizzata (TC) e la risonanza magnetica (RM). Le simulazioni basate su CT consentono una stima degli sfasamenti indotti dal cranio e gli array generano fasci che correggono tali aberrazioni. La risonanza magnetica viene utilizzata per guidare e monitorare il trattamento. Come Aubry descriverà nel suo discorso, gli array con 1024 elementi vengono ora utilizzati per il trattamento del tremore essenziale, Tremori parkinsoniani e tumori cerebrali.
Sebbene aggiungere sempre più elementi a queste sonde possa migliorare la focalizzazione del segnale, un maggior numero di elementi significa anche maggior costo. Per aggirare questo, Aubry e i suoi colleghi hanno sviluppato e brevettato un dispositivo di messa a fuoco transcranica basato su lenti che utilizza un solo elemento trasduttore piezoelettrico, ricoperto da una lente acustica in silicone 3-D di spessore variabile. Questo elemento basato sull'obiettivo, Egli ha detto, è equivalente a 11, Trasduttore da 000 elementi in termini di capacità di modellamento di fase. Sebbene non sia ancora in uso clinico, il sistema a elemento singolo potrebbe essere utilizzato per applicazioni a bassa intensità come la neuromodulazione (la modulazione dell'attività neuronale) e per perforare aperture localizzate e reversibili nella barriera ematoencefalica; con future modifiche, Aubry ha detto, il sistema potrebbe essere utilizzato per indurre la necrosi tumorale.
