Articolo a cura di Gioacchino Malerba.

I traumi costituiscono una tra le più diffuse cause di mortalità in tutto il mondo e spesso provocano emorragie che necessitano di essere monitorate prima che il paziente arrivi in ospedale. Sono state studiate clinicamente molteplici tecniche emostatiche, come la sutura e la coagulazione laser: tuttavia, oltre ad essere approcci ancora invasivi, la loro effcienza può essere limitata dalla geometria o dalla posizione dell’emorragia.

La tecnologia ad ultrasuoni focalizzati ad alta intensità (HIFU) è una tecnica terapeutica non invasiva che utilizza l’energia acustica (onde ultrasoniche) per indurre necrosi termica nel tessuto bersaglio con lesioni minime ai tessuti adiacenti. La fattibilità clinica di HIFU è stata valutata in termini di coagulazione termica e ablazione di tumori nel fegato, nella prostata, nella mammella e nella tiroide.

L’obiettivo clinico della terapia HIFU è quello di coagulare l’area del tessuto bersaglio senza recare alcun danno termico al tessuto sano circostante. Al contempo risulta importante monitorare la temperatura del tessuto per regolare il grado di coagulazione ed assicurare l’assenza di danni. Nel tentativo di sviluppare un approccio emostatico utilizzando tale tecnologia, un team di ingegneri coreani ha progettato un dispositivo driver HIFU portatile con un controller di temperatura PID integrato.

Design e funzionamento del sistema HIFU

Il driver del sistema progettato include quattro blocchi fondamentali: un generatore di funzioni, un display LCD, un controller PID per monitorare la temperatura durante la coagulazione e un ampli catore per realizzare l’adattamento di impedenza con un trasduttore esterno. Ciascun blocco è pilotato da un microcontrollore a 8 bit. Il dispositivo è stato testato e progettato considerando una tensione di uscita massima di 50 V con segnali PWM a 2 MHz.

Sistema HIFU: diagramma a blocchi (a), foto della configurazione del sistema (b).
Image from: Development of temperature controller-integrated portable HIFU driver for thermal coagulation

Setup sperimentale

Per valutare l’effcienza del dispositivo, è stato condotto un esperimento sul tessuto epatico bovino. In fase preliminare (Fig.2a), il sistema è stato caratterizzato acusticamente ponendo all’interno di un serbatoio di acqua il trasduttore e un ago idrofono per captarne i segnali acustici in seguito a sollecitazione elettrica. L’acquisizione dei segnali dall’idrofono è stata ottenuta mediante un oscilloscopio ad una frequenza di campionamento di 2.5 G/s. In fase di test (Fig.2b), è stato aggiunto il tessuto animale da analizzare con una termocoppia TC inserita all’interno e collegata al PID del driver HIFU per registrare le variazioni di temperatura in tempo reale. La massima temperatura considerata è pari a 60 °C, ossia la soglia di danno irreversibile per tessuti molli.

Setup sperimentale: fase preliminare (a), fase di test (b).
Image from: Development of temperature controller-integrated portable HIFU driver for thermal coagulation

Risultati e conclusioni

L’esperimento ha dimostrato che la temperatura del tessuto è stata mantenuta a 60 °C, con oscillazioni di 4 °C per tutta la durata dell’esposizione agli ultrasuoni (300 s). Il dispositivo progettato, in attesa di sperimentazione sull’uomo, può essere dunque utilizzato come uno strumento portatile per regolare la temperatura del tessuto in tempo reale e raggiungere la coagulazione termica servendosi della tecnologia HIFU.

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