Læger vil muligvis snart kunne se en hjernetumor brændt væk i realtid

Omkring 80, 000 amerikanere vil blive diagnosticeret med en hjernetumor i år ifølge American Brain Tumor Association. Mange af dem skal have større operationer og kemoterapi. Seksten tusinde af dem vil tabe kampen. Men et hold af USC Viterbi School of Engineering-forskere gør det nu nemmere, hurtigere og sikrere for læger at bruge en ny procedure - en der involverer at brænde tumorer væk hos flere patienter, inklusive dem med hjernetumorer.

Radiofrekvensablation, eller RFA, er en minimalt invasiv procedure, der bruger elektrisk energi til at ødelægge kræftceller med varme. En nåletynd sonde leverer radiofrekvensbølger direkte til tumoren, tilberede vævet op til 140 grader Fahrenheit, (60 grader Celsius), indtil det er ødelagt.

Ingen overvågning i realtid

"Selvom ablation bliver mere og mere populært, der er stadig ingen termisk billeddannelsesteknologi i regelmæssig klinisk brug til at overvåge disse procedurer i realtid og sikre, at den korrekte termiske dosis leveres første gang, " sagde forskningsassistent professor John Stang fra Ming Hsieh Department of Electrical Engineering, som var medforfatter til undersøgelsen offentliggjort i IEEE-transaktioner på biomedicinsk teknik .

Sammen med Mahta Moghaddam, direktør for Microwave Systems, sensorer, og billedbehandlingslaboratorium, eller MiXIL, og indehaver af William M. Hogue-professoratet i elektroteknik ved USC, Stang har udviklet en termisk billedbehandlingsmetode og -enhed i realtid, der vil hjælpe læger med at levere hurtigt, sikre og præcise termiske ablationsbehandlinger til en række lidelser lige fra tumorer til epilepsi.

Kirurger og interventionelle radiologer stoler på vejledningen fra ultralyd, CT, eller MR for at udføre disse livreddende operationer. Men da der ikke er nogen overvågning i realtid, en opfølgende billeddiagnostisk undersøgelse er nødvendig for at bekræfte korrekt behandling. Dette forlænger tiden på operationsstuen, øger risici og omkostninger, Moghaddam forklarede.

"Uden overvågning i realtid, der er potentiale for både under- og overbehandling, " sagde hun. "Hvis der er underbehandling, læger skal udføre yderligere runder af termisk ablation, indtil hele tumoren er ødelagt. Hver gentagen ablation medfører øget risiko for infektion eller andre komplikationer og tager mere tid på operationsstuen."

I tilfælde af overbehandling, der er risiko for sideskader på det omgivende sunde væv. Dette kan især være farligt, når tumoren er placeret tæt på følsomme strukturer, nær et blodkar eller dybt i kraniet.

"Med vores teknologi, imidlertid, vi kan vejlede behandlingen og fokusere på et meget specifikt område, " sagde Stang. "Et mikrobølgeantennearray er placeret rundt om det område, der skal behandles, med plads åbent, så kirurgen kan indsætte en ablationssonde."

Giver læger et live temperaturkort

Under proceduren, mikrobølgesignaler sendes og modtages kontinuerligt ind i behandlingsområdet. Ud fra disse signaler og oplysninger fra et tidligere billedstudie, som en MR, Moghaddam og Stang producerer et 3D termisk billede af regionen i realtid, giver lægerne et kvantitativt temperaturkort over den region, de opererer på.

"In vitro eksperimentelle valideringsundersøgelser, vores system var i stand til at opnå en grads celsius nøjagtighed ved en opdateringshastighed på et billede pr. sekund, " sagde Stang.

Et problem, de har at kæmpe med, er opløsningen af ​​deres termiske billede er ikke så høj som MRI. Men Stang ser en verden, hvor denne termiske billedfeed i realtid kan overlejres på en højopløsnings-MRI, der gør det muligt for læger at levere præcis den rigtige dosis til det rigtige sted, uden behov for opfølgende billeddiagnostiske undersøgelser.

Til næste fase, deres procedure vil gennemgå dyreforsøg senere i år, ser specifikt på leverkræft med støtte fra USC Alfred E. Mann Institute for Biomedical Engineering og i samarbejde med USC Keck School of Medicine.

"Forudsat at vi får gode resultater, vi kan være tre til fem år væk fra kliniske forsøg, " sagde Moghaddam, der sidste år fløj over Alaska og tog radarmålinger for at kortlægge klimaændringer i Arktis fra 40, 000 fod i luften.

"Denne gang, vores miljø er den menneskelige krop, og vi laver kort, som er mindre. Det er et mikrokosmos af det større jordiske billede."