Физические основы и реализация новых ударно-волновых импульсно-периодических методов быстрого теплового разрушения биологической ткани фокусированным ультразвуком высокой интенсивности
| Название НИОКТР | Физические основы и реализация новых ударно-волновых импульсно-периодических методов быстрого теплового разрушения биологической ткани фокусированным ультразвуком высокой интенсивности |
|---|---|
| Аннотация | Тема проекта посвящена развитию технологии использования мощного фокусированного ультразвука HIFU (аббревиатура от High Intensity Focused Ultrasound) для теплового разрушения (абляции) биологических тканей в неинвазивной хирургии. На сегодняшний день технология HIFU используется в клиниках различных стран для разрушения опухолевых тканей, в частности, фибромиом матки, опухолей предстательной и щитовидной желез, лечения глаукомы, эссенциального тремора, паллиативной помощи пациентам с метастазами в костной ткани и ряда других заболеваний. Основным механизмом HIFU в данном случае является тепловой некроз биоткани вследствие её локального нагрева в фокальной области за счет поглощенной энергии ультразвукового пучка. Однако в клинической практике уже был выявлен ряд серьезных ограничений использования HIFU, связанных в первую очередь с плохо контролируемой тепловой диффузией и перфузией в области воздействия, а также с необходимостью использования дорогостоящего МРТ-мониторинга для контроля области создаваемого разрушения. Предлагаемая в этом проекте разработка ударно-волновых импульсно-периодических режимов облучения HIFU поможет преодолеть указанные ограничения традиционных клинических протоколов, в которых используются непрерывные режимы облучения с относительно слабым проявлением эффектов акустической нелинейности в фокусе. Основное преимущество использования режимов сильного проявления нелинейных эффектов, или ударно-волновых режимов облучения, состоит в сверхбыстром нагреве биологической ткани за счет эффективного поглощения энергии ультразвукового пучка на высокоамплитудных разрывах. Кроме того, парогазовые полости кипения, возникающие в фокальной области, отчетливо видны при диагностическом ультразвуковом сканировании в В-режиме, что позволяет осуществлять контроль облучения и визуализацию воздействия более доступным и дешевым ультразвуковым методом. Результаты, полученные в ходе успешного выполнения предыдущего проекта РНФ (2022-2024), показали, что ударно-волновые импульсно-периодические режимы облучения HIFU позволяют получать тепловые разрушения с резкими краями, при этом существенное подавление эффектов тепловой диффузии делает контур разрушения хорошо предсказуемым. В ударно-волновых режимах облучения подавление расплывания границы разрушения за счет тепловой диффузии достигается вследствие быстроты и лучшей пространственной локализации воздействия, при этом достигается трехкратное ускорение тепловой абляции ткани по сравнению с традиционными клиническими HIFU-протоколами. Данный проект, направленный на развитие полученных в предыдущем проекте результатов, посвящен решению следующих научных задач: 1) определение в численном эксперименте наиболее эффективных ударно-волновых импульсно-периодических режимов HIFU, позволяющих послойно и с наибольшей скоростью получать тепловые разрушения в задаваемом объеме с резкими границами; 2) апробация предлагаемых протоколов в сериях экспериментов на различных биологических тканях ex vivo для максимально быстрого разрушения задаваемых объемов ткани; 3) определение возможностей использования ультразвуковых методов визуализации воздействия; 4) сравнительный анализ получаемых разрушений на микро- и ультраструктурном уровнях. Результаты успешного решения поставленных задач принципиальны в качестве одного из этапов доклинических исследований внедрения технологии ударно-волнового теплового HIFU в клиническую практику. Научная новизна проекта заключается как в реализации новых ударно-волновых импульсно-периодических режимов HIFU-облучения, так и в комплексном подходе для решения поставленных задач. Комплексный подход будет включать в себя методы трехмерного численного моделирования, проведение лабораторных экспериментов на аутопсийных и операционных тканях, развитие ультразвуковых методов мониторинга облучения, а также методы световой и электронной микроскопии для гистологического и ультраструктурного анализа получаемых разрушений. |
| Доступ к ОКОГУ исполнителя | True |
| Количество связанных РИД | 0 |
| Количество завершенных ИКРБС | 0 |
| Сумма бюджета | 18000.0 |
| Дата начала | 2025-09-10 |
| Дата окончания | 2028-06-30 |
| Номер контракта | 25-72-10071 |
| Дата контракта | 2025-09-10 |
| Количество отчетов | 3 |
| УДК | 537.86/.87:530.182 |
| Количество просмотров | 3 |
| Руководитель работы | Карзова Мария Михайловна |
| Руководитель организации | Белокуров Владимир Викторович |
| Исполнитель | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М.В.ЛОМОНОСОВА" |
| Заказчик | Российский научный фонд |
| Федеральная программа | Отсутствует |
| Госпрограмма | — |
| Основание НИОКТР | Грант |
| Последний статус | 2025-11-18 06:05:54 UTC, 2025-11-18 06:05:54 UTC |
| ОКПД | Услуги, предоставляемые прочими научными и техническими консультантами, не включенными в другие группировки |
| Отраслевой сегмент | — |
| Минздрав | — |
| Межгосударственная целевая программа | — |
| Ключевые слова | нелинейные волны; диффузия тепла; неинвазивная хирургия; ударный фронт; тепловая абляция; мощный фокусированный ультразвук |
| Соисполнители | — |
| Типы НИОКТР | Фундаментальное исследование |
| Приоритетные направления | — |
| Критические технологии | — |
| Рубрикатор | 29.35.03 - Нелинейные колебания и волны; 29.37.17 - Воздействие звука и ультразвука на вещество; 29.37.03 - Упругие колебания и волны |
| OECD | — |
| OESR | Акустика |
| Приоритеты научно-технического развития | Отсутствует |
| Регистрационные номера | — |