Hologramas acústicos multifocales para el tratamiento con ultrasonidos de estructuras cerebrales profundas

Abstract

[EN] Focused ultrasound has acquired great importance in the treatment of neurological diseases due to its ability to generate therapeutic effects in a in precise, non-invasive, and non-ionizing way. However, focusing therapeutic ultrasound at deep-brain structures into the central nervous system has been limited by two major drawbacks: the aberrant and attenuating effects of the bones of the skull and the complex and extended spatial distribution of deep-brain nuclei. In this work, we present a method based on 3D-printed acoustic holograms to, on the one hand, correct the aberrations introduced by the skull and, simultaneously, generate multifocal ultrasound beams over different cerebral nuclei of special importance such as the putamen, caudate nucleus or the hippocampus. Experimental results with an ex vivo skull and numerical simulation results show that acoustic holograms are an appropriate solution to focus ultrasounds on complex targets in the deep brain in deep areas of the brain, optimizing sonicated tissue volumes and treatment time

[ES] Los ultrasonidos focalizados han demostrado un alto potencial para el tratamiento de enfermedades neurológicas debido a su capacidad para generar efectos terapéuticos de forma precisa, no invasiva y no ionizante. Sin embargo, la focalización de los ultrasonidos sobre las estructuras del sistema nervioso central está limitada por dos grandes inconvenientes: los efectos de aberración y atenuación de los huesos del cráneo y la compleja y extensa distribución espacial de los núcleos del cerebro profundo. En este trabajo presentamos un método basado en hologramas acústicos impresos en 3D para, por un lado, corregir las aberraciones introducidas por el cráneo y, simultáneamente, generar un haz de ultrasonidos multifocal en distintos núcleos cerebrales de especial importancia como el putamen, el núcleo caudado o el hipocampo. Los resultados experimentales con un cráneo ex vivo y los resultados de simulación numérica demuestran que los hologramas acústicos son una solución apropiada para focalizar los ultrasonidos sobre dianas complejas en zonas profundas del cerebro, optimizando los volúmenes sonificados de los tejidos y el tiempo de tratamiento