Real-time feedback control of laser ablation therapies using volumetric optoacoustic imaging

使用体积光声成像对激光消融治疗进行实时反馈控制

基本信息

项目摘要

Treatments applying laser ablation as a therapeutic or resection method have many advantages over scalpel-based and other mechanistic surgical methods. These include lack of contact of surgical instruments with clean treated areas, the potential for unrivaled precision and selectivity, minimal thermal and mechanical side effects, and the possibility of simultaneous cutting and/or coagulation of tissue. These advantages have consequently motivated the clinical application of laser ablation in a myriad of medical specialties, including oncology, ophthalmology, dermatology, dentistry, plastic surgery, otolaryngology - head and neck surgery. Despite these advances, most procedures are not done with an appropriate feedback control, resulting in difficulties discerning the critical parameters of the created lesion during the ablation process. The principle aim of the current project is to address the need for reliable feedback sensor in laser ablation procedures by applying the principles of multi-spectral optoacoustics to develop clinically-practical capabilities to monitor the lesion profile, extent of thermal damage, maps of temperature rise, local tissue distribution and other key parameters in real time. The successful implementation of these methods will enable tools to provide a surgeon with sufficient knowledge to minimize or avoid undesired damage to functional tissues and critical structures. Because of similar physical mechanisms governing ablation processes in biological tissue, many of the findings are expected to impact not only the laser ablation procedures but also other types of thermal treatments, such as radiofrequency catheter ablation or high intensity focused ultrasound (HIFU) treatments. Throughout our project, we will take into account considerations for ensuring that the developed methods are appropriate for eventual use in a clinical setting. Chief among these considerations include that the methods require only equipment that is small, compact, low cost, and can support easy integration into handheld clinical-grade devices.
应用激光消融作为治疗或切除方法的治疗与基于解剖刀的手术方法和其他机械手术方法相比具有许多优点。这些优点包括手术器械不接触清洁的治疗区域,具有无与伦比的精度和选择性,最小的热和机械副作用,以及同时切割和/或凝固组织的可能性。这些优点因此激发了激光消融在无数医学专业中的临床应用,包括肿瘤学、眼科学、皮肤病学、牙科学、整形外科学、耳鼻喉科-头颈外科学。尽管有这些进步,但大多数手术都没有进行适当的反馈控制,导致在消融过程中难以辨别所产生的损伤的关键参数。当前项目的主要目标是通过应用多光谱光声原理开发临床实用能力,以真实的时间监测病变轮廓、热损伤程度、温升图、局部组织分布和其他关键参数,从而满足激光消融手术中对可靠反馈传感器的需求。这些方法的成功实施将使工具能够为外科医生提供足够的知识,以最小化或避免对功能组织和关键结构的不期望的损伤。由于生物组织中控制消融过程的物理机制相似,因此预计许多发现不仅会影响激光消融手术,还会影响其他类型的热治疗,例如射频导管消融或高强度聚焦超声(HIFU)治疗。在整个项目中,我们将考虑确保开发的方法适用于临床环境的最终使用。这些考虑因素中的主要因素包括,这些方法只需要小型、紧凑、低成本的设备,并且可以支持轻松集成到手持临床级设备中。

项目成果

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In vivo optoacoustic monitoring of percutaneous laser ablation of tumors in a murine breast cancer model.
小鼠乳腺癌模型中经皮激光肿瘤消融的体内光声监测
  • DOI:
    10.1364/ol.386360
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    V. Periyasamy;Ç. Özsoy;M. Reiss;X. L. Dean-Ben;D. Razansky
  • 通讯作者:
    D. Razansky
Noncontact monitoring of incision depth in laser surgery with air-coupled ultrasound transducers.
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  • DOI:
    10.1364/ol.41.002704
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    F. J. Oyaga Landa;X. L. Deán-Ben;F. M. de Espinosa;D. Razansky
  • 通讯作者:
    D. Razansky
Four‐dimensional optoacoustic monitoring of tissue heating with medium intensity focused ultrasound
中强度聚焦超声组织加热的四维光声监测
  • DOI:
    10.1016/j.ultras.2018.11.011
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    F. J. Oyaga Landa;S. R. Penacoba;F. M. de Espinosa;D. Razansky;X. L. Deán-Ben
  • 通讯作者:
    X. L. Deán-Ben
Advanced optoacoustic methods for multiscale imaging of in vivo dynamics.
  • DOI:
    10.1039/c6cs00765a
  • 发表时间:
    2017-04-18
  • 期刊:
  • 影响因子:
    46.2
  • 作者:
    Deán-Ben XL;Gottschalk S;Mc Larney B;Shoham S;Razansky D
  • 通讯作者:
    Razansky D
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知道了