Optimización de la Vía para la Cirugía por Ultrasonido

• AUTOR : Malinen M, Huttunen T, Kaipio JP y Hynynen K
• TITULO ORIGINAL : Scanning Path Optimization for Ultrasound Surgery
• CITA : Physics in Medicine & Biology 50(15):3473-3490, Ago 2005
• MICRO : Perfeccionamiento de la técnica para el tratamiento de tumores mediante la creación de un modelo geométrico simplificado de tumor mamario, con el cual se logra una reducción de la energía total aplicada entre 16% y 43% en comparación con el método estándar.

Introducción

En la cirugía por ultrasonido, el tumor se destruye mediante el aumento de la temperatura a más de 60° C con la utilización de ultrasonido de alta intensidad. Una de las dificultades de esta cirugía es el tiempo requerido para el tratamiento de tumores voluminosos. Cuando se explora un tumor de gran tamaño y se cambia entre la focalización individual o múltiple, el aumento de la temperatura en los tejidos sanos circundantes puede causar daños o efectos no deseados. Para evitarlo, se debe permitir al tejido sano que se enfríe durante el tratamiento, pero a expensas de un aumento en la duración total del procedimiento. Por este motivo, uno de los objetivos a conseguir consiste en optimizar la exploración para minimizar el calentamiento de las zonas cercanas y disminuir el tiempo del tratamiento.

Los autores presentaron un método alternativo para la elección de la forma de detección entre la focalización individual y tridimensional. Este procedimiento no se basa en el cambio entre estrategias preseleccionadas sino que sólo se predeterminan las localizaciones del punto de interés. Los objetivos del método abarcaron la disminución al máximo posible de la complejidad de los sistemas de computación y la optimización de la forma de detección mediante el uso de simulaciones de tratamientos anteriores. El método optimizado se puede utilizar en tratamientos con control retrógrado de la temperatura durante la cirugía de ultrasonido, mediante imágenes en resonancia magnética.

Los ejemplos de simulación se realizaron mediante la cirugía por ultrasonido de la mama en un modelo con geometría esquemática.

Material y métodos

Se puede realizar un modelo de la evolución de la temperatura en los tejidos biológicos con la ecuación del biocalentamiento de Pennes y mediante la utilización de la dosis térmica se puede analizar la eficiencia del tratamiento en la cirugía por ultrasonido.

La unidad de la dosis térmica es minutos equivalentes a 43° C. La dosis térmica que causa necrosis en los tejidos blandos se encuentra entre 50 y 240 minutos equivalentes a 43° C. En este trabajo, la temperatura que se buscó alcanzar en la zona del tumor fue de 80° C.

La optimización del algoritmo se probó en diferentes esquemas geométricos de la glándula mamaria. El modelo (dominio de simulación) consistió en partes de piel, tejido mamario sano y diferentes formas de tumor. El dominio de computación fue diseñado como un cilindro con un radio de 3 cm y una longitud de 7 cm. La piel tuvo un espesor de 5 mm. Aunque el dominio de simulación no abarcó una gran extensión de tejido sano, cubrió una región importante de tejido alrededor del tumor, en donde era más probable que se produjera un aumento de la temperatura durante el procedimiento. La frecuencia del ultrasonido fue de 1 MHz. La distancia máxima entre los vértices de los elementos en el tejido sano fue de 2 mm y en la región del tumor, 0.5 mm. El objetivo consistió en obtener una dosis térmica de 300 minutos equivalentes a 43° C en la región cancerosa. Se utilizó una franja marginal de 0.5 cm alrededor de la zona objetiva en todas las simulaciones, donde no se limitó la dosis térmica. Sin embargo, tanto en esa franja marginal como en el lugar donde se encontraba ubicado el tumor no se permitió que la temperatura superara los 100° C. Cuando se alcanzó esta temperatura, se dejó enfriar esas regiones a 80° C o menos. En los tejidos sanos se mantuvo la temperatura por debajo de los 44° C (por debajo del umbral de dolor); al alcanzarse esta cifra, se esperó hasta que la zona se enfriara a 42.5° C o menos.

Si la dosis de ultrasonido de alta frecuencia en la localización siguiente se encontraba por encima del nivel deseado, este foco se pasó por alto y se lo llamó «tratamiento con ultrasonido estándar». Esta metodología estándar se terminó cuando la dosis térmica llegó a 300 minutos equivalentes a 43° C.

Un objetivo importante del estudio consistió en determinar cómo los errores en el modelo, que aumentan debido a la incertidumbre de las propiedades térmicas del tumor, afectan los resultados del tratamiento con ultrasonido. Este punto se estudió en varios modelos con distintos niveles de absorción y de perfusión.

Resultados

El tiempo de tratamiento disminuyó por la utilización del modelo optimizado de exploración evaluado por los autores. Además, en el caso de tumores grandes, el número de aplicaciones de ultrasonido disminuyó, entre 29% y 33% más breve y con una densidad de energía menor de 16% a 25% con el modelo optimizado comparado con el estándar. La acumulación de temperatura disminuyó en el tejido tumoral al tratarse por partes y, al cambiar el foco alrededor del tejido blanco, el calentamiento en los tejidos circundantes fue mínimo, lo que resulta en un menor tiempo de tratamiento. Con este modelo, el número de aplicaciones de ultrasonido disminuyó de 7 a 3 comparado con el modelo estándar. En total, este método disminuyó el tiempo de tratamiento entre 32% y 57% y la densidad de energía requerida desde 22% hasta 35% en comparación con la técnica estándar. Se alcanzó una dosis térmica importante en el aspecto terapéutico en todos los casos. La mayor diferencia se observó en el tiempo de tratamiento y en la densidad de energía utilizada. Los errores en el modelo o las incertidumbres en las propiedades del tejido no afectan el modelo optimizado. Este es un aspecto de importancia fundamental en la planificación del tratamiento quirúrgico ultrasónico debido a que muchas de las propiedades térmicas no se conocen, en especial en el tumor.

Cuando se realiza el control con resonancia magnética nuclear el pico de temperatura en el tumor es mayor, aunque esto no es importante, dado que el objetivo consiste en destruir esta región. El aspecto más importante es que la temperatura en la región sana permanezca en un nivel razonable en todos los casos.

Discusión

En este trabajo se investigó y evaluó la optimización de un método de exploración para la cirugía por ultrasonido. Los autores opinan que con el método propuesto se puede reducir el tiempo de tratamiento. Comparado con el método estándar de emisión de ultrasonido de alta frecuencia, el tiempo de tratamiento se redujo entre 29% y 43%, de acuerdo al tamaño del tumor. Además, la densidad de la energía utilizada disminuyó entre 16% y 40%. En los tumores más grandes, las ventajas del método son mayores. El objetivo consiste en enviar ultrasonido por partes, lo que produce un menor calentamiento de los tejidos circundantes y un tratamiento menos prolongado. En las simulaciones disminuyó el tiempo de los procesos de computación requeridos y la temperatura aumenta levemente cerca del tumor, lo que permite un rápido enfriamiento.

La efectividad del método se probó al utilizar diferentes niveles de absorción y perfusión en la región del tumor. Los resultados indican que los errores en el modelo no afectan el método optimizado, lo que aumenta su aplicabilidad en la práctica clínica. Además, los resultados del control de las simulaciones con resonancia magnética nuclear muestran que el modelo optimizado reduce el tiempo de tratamiento, aspecto que también aumenta su utilidad en la práctica clínica.

Conclusión

La utilización de varias etapas ordenadas disminuye el tiempo de tratamiento. La selección de un método de abordaje que no emita excesivo ultrasonido a los tejidos circundantes resulta en una disminución de su calentamiento. Debe destacarse que el transductor utilizado en este estudio no fue el ideal y que existió focalización secundaria en las localizaciones extremas con los objetivos más grandes. Se realizaron simulaciones numéricas para simplificar la geometría tisular. Según los autores, la próxima etapa sería incluir geometría mamaria verdadera para la simulación.

Especialidad: Bibliografía - Cirugía