Ett 80-tal, 000 amerikaner kommer att diagnostiseras med en hjärntumör i år enligt American Brain Tumor Association. Många av dem kommer att behöva större operationer och kemoterapi. Sexton tusen av dem kommer att förlora slaget. Men ett team av USC Viterbi School of Engineering-forskare gör det nu lättare, snabbare och säkrare för läkare att använda en ny procedur - en som innebär att tumörer bränns bort hos fler patienter, inklusive de med hjärntumörer.
Radiofrekvensablation, eller RFA, är en minimalt invasiv procedur som använder elektrisk energi för att förstöra cancerceller med värme. En nåltunn sond levererar radiofrekvensvågor direkt till tumören, koka vävnaden upp till 140 grader Fahrenheit, (60 grader Celsius), tills den är förstörd.
Ingen realtidsövervakning
"Även om ablation blir allt populärare, det finns fortfarande ingen värmeavbildningsteknik i regelbunden klinisk användning för att övervaka dessa procedurer i realtid och säkerställa att den korrekta värmedosen levereras första gången, " sa forskningsassistent professor John Stang vid Ming Hsieh-avdelningen för elektroteknik, som var medförfattare till studien publicerad i IEEE-transaktioner på biomedicinsk teknik .
Tillsammans med Mahta Moghaddam, direktör för Microwave Systems, Sensorer, och bildlab, eller MiXIL, och innehavare av William M. Hogue-professuren i elektroteknik vid USC, Stang har utvecklat en termisk avbildningsmetod och enhet i realtid som hjälper läkare att leverera snabbt, säkra och exakta termiska ablationsbehandlingar för en mängd olika åkommor, allt från tumörer till epilepsi.
Kirurger och interventionsradiologer litar på den vägledning som ges av ultraljud, CT, eller MRT för att utföra dessa livräddande operationer. Men eftersom det inte finns någon realtidsövervakning, en uppföljande avbildningsstudie behövs för att bekräfta korrekt behandling. Detta förlänger tiden i operationssalen, ökar risker och kostnader, Moghaddam förklarade.
"Utan realtidsövervakning, det finns potential för både under- och överbehandling, " sa hon. "Om det finns underbehandling, läkare måste utföra ytterligare omgångar av termisk ablation tills hela tumören är förstörd. Varje upprepad ablation medför ökad risk för infektion eller andra komplikationer och tar upp mer tid i operationssalen."
Vid överbehandling, det finns risk för sidoskador på den omgivande friska vävnaden. Detta kan vara särskilt farligt när tumören ligger nära känsliga strukturer, nära ett blodkärl eller djupt i skallen.
"Med vår teknik, dock, vi kan vägleda behandlingen och fokusera på ett mycket specifikt område, ", sa Stang. "En mikrovågsantenn är placerad runt området som ska behandlas, med utrymme kvar öppet för kirurgen att sätta in en ablationssond."
Ger läkarna en levande temperaturkarta
Under proceduren, mikrovågssignaler sänds och tas kontinuerligt emot in i behandlingsområdet. Från dessa signaler och information från en tidigare bildstudie, som en MRI, Moghaddam och Stang producerar en 3D-termisk bild av regionen i realtid, ger läkarna en kvantitativ temperaturkarta över regionen de opererar på.
"In vitro experimentella valideringsstudier, vårt system kunde uppnå en grads noggrannhet med en uppdateringshastighet på en bild per sekund, " sa Stang.
En fråga som de har att brottas med är att upplösningen på deras värmebild inte är lika hög som för MRI. Men Stang ser en värld där denna värmebildsmatning i realtid kan läggas över på en högupplöst MRI som gör det möjligt för läkare att exakt leverera rätt dos till rätt plats, utan behov av uppföljande bildundersökningar.
För nästa fas, deras procedur kommer att genomgå djurförsök senare i år, tittar specifikt på levercancer med stöd från USC Alfred E. Mann Institute for Biomedical Engineering och i samarbete med USC Keck School of Medicine.
"Förutsatt att vi får bra resultat, vi kan vara tre till fem år borta från kliniska prövningar, " sa Moghaddam som bara förra året flög över Alaska och tog radarmätningar för att kartlägga klimatförändringarna i Arktis från 40, 000 fot i luften.
"Den här gången, vår miljö är människokroppen och vi gör kartor som är mindre. Det är ett mikrokosmos av den större jordiska bilden."
