Порівняння:
На цьому зображенні показано кровотік, відновлений після 5-хвилинного лікування гістотрипсією.
У 2003 році кореспондент NBC Девід Блум сів на літак і вилетів до Іраку, щоб повідомити про війну. Провівши кілька днів у обмеженому просторі танка, Блум почала відчувати біль за колінами. В іншому випадку здоровий у 39 років, Блум відкинув цей дискомфорт. Однак за кілька днів його дружині зателефонували, що Блум померла - не від вибухового пристрою або гарматного пострілу, а від тромбозу глибоких вен (ТГВ) - стану, при якому на дні її ніг утворюються тромби. до її легенів.
Хоча ТГВ частіше трапляється у людей старше 60 років, він може вразити кого завгодно. Для деяких достатньо тривалої подорожі літаком, щоб викликати ТГВ. Тривале сидіння нерухомо може призвести до того, що кров скупчиться в гомілках. Для інших травма вен внаслідок хірургічного втручання, запалення або захворювання може спричинити утворення тромбів. Тільки близько половини з 2 мільйонів людей, які страждають на цей стан щороку, мають симптоми. Щороку близько 600 000 людей госпіталізують, а приблизно 300 000 американців у США помирають від легеневої емболії, пов'язаної з ТГВ.
В даний час клініцисти мають два варіанти лікування ТГВ. Перший передбачає медикаментозну терапію для розрідження крові і, таким чином, зменшення згустку. Другий варіант - інвазивно видалити згусток за допомогою пластикової трубки, яка називається катетером. Обидва підходи несуть високий ризик кровотечі, а інвазивні процедури, такі як втручання катетером, можуть також пошкодити стінку судин і викликати інфекцію.
Однак незабаром може бути і третій варіант. Дослідники з Мічиганського університету розробили неінвазивну техніку, яка може розщепити згустки в глибоких венах без ризику, пов’язаного з медикаментозною терапією або інвазивною катетерною терапією. Ця техніка, відома як гістотрипсія, спочатку був розроблений для неінвазивної та контрольованої ерозії тканин, але нещодавно був пристосований для використання при неінвазивному руйнуванні згустків.
Дослідники з Мічиганського університету розробили цю техніку гістотрипсія для досягнення механічного фракціонування тканин за допомогою декількох коротких імпульсів високоінтенсивного ультразвуку. Процедура гістотрипсія він керується та контролюється за допомогою ультразвукових зображень у режимі реального часу, і тривають дослідження щодо його використання в неінвазивній та контрольованій глибокій хірургії органів. До дослідницької групи, яка розробила цю методику, входили доктори Чарльз Кейн, Брайан Фоулкс, Тімоті Холл, Уілл Робертс та Чжен Сю.
Фокус гістотрипсія Нещодавно він був розширений для використання у знищенні згустків (тромболізис) командою Адама Максвелла, Чарльза Кейна, Гітдіндера Гурма та Чжена Сю з Мічиганського університету. У 2008 році команда під керівництвом доктора Сю отримала грант від NIBIB під назвою «Неінвазивний ультразвуковий тромболізис із керованими зображеннями Гістотрипсія"("Неінвазивний ультразвуковий тромболізис із використанням гістотрипсії"). Цей проект досліджує тромболітичні аспекти гістотрипсія для неінвазивного лікування тромбозу глибоких вен (ТГВ).
Поточні методи лікування ТГВ вимагають перебування в лікарні від 2 до 3 днів, однак інтервенційний кардіолог доктор Хітіндер Гурм та співавтор докторів Чжень Сю та Адам Максвелл заявляють, гістотрипсія це в 50 разів швидше, ніж будь-що інше, що доступне зараз. Якщо це адаптація техніки гістотрипсія дотримується всіх необхідних заходів безпеки, Гурм сподівається, що процедуру можна використовувати як амбулаторне лікування.
Мікробні бульбашки
Подібний у фокусі літотрипсія, неінвазивний ультразвуковий метод, що застосовується для знищення каменів у нирках, гістотрипсія Він розраховує тромби на імпульсні звукові хвилі. Енергія, випромінювана ультразвуковим зондом або перетворювачем, розташованим зовні і над згустком, спричинює мікробульбашки (складені з невеликих ядер газу, присутніх у крові), які утворюються всередині кровоносної судини. Через процес, який називається кавітацією, імпульси енергії змушують мікробульбашки розширюватися, стискатися і руйнуватися. Повторний цикл коротких імпульсів високого тиску створює міліметрову хмару мікробульбашок, яка механічно руйнує згусток. "Хмара схожа на Pac-Man, який гризе згусток", - говорить Сю, маючи на увазі знамениту відеоігру 1980-х. Розчинення м’якого згустку довжиною в один дюйм займає від 2 до 5 хвилин.
У системі гістотрипсія, Перетворювач візуалізації тісно пов'язаний з датчиком терапії, що генерує хмари. Це дозволяє дослідникам побачити активність хмари мікробульбашок у міру її виникнення. "Ми можемо бачити в реальному часі, коли хмара генерується, чи працює вона, і чи ефективно вона знищує згусток", - говорить Сю. Вони також використовують кольорові доплерівські зображення для оцінки поліпшення кровообігу під час процесу.
Унікальний аспект гістотрипсія це його вплив на процес кавітації, який раніше вважався неконтрольованим. Сю і Максвелл досягають цієї точності за допомогою моніторингу кавітації в режимі реального часу та відповідної послідовності ультразвукового імпульсу. Тиск, що використовується для створення кавітації, щонайменше в 10 разів перевищує тиск, що застосовується при діагностичному ультразвуку, і порівнянний з тиском, який використовується в літотрипсія. “Ідея полягає в тому, щоб сформувати хмару бульбашок, розбити частину згустку і створити насіння наступної хмари. Усі дії закінчуються до того, як настане наступний імпульс », - пояснює Сю.
Перегляньте відео ультразвукового дослідження, яке показує згусток у стегновій вені свині, яку лікують гістотрипсія(http://www.bme.umich.edu/labs/xulab/research/index.php#anchor1). Ультразвукові імпульси погістотрипсія їх генерували з датчика, розміщеного поза шкірою. Хмара бульбашок (яскравих і іскристих) була створена в згустку всередині вени і сканувалась по згустку. 43 секундне відео прискорюється 10 разів.
Створення ультразвукової захисної мережі
Одне з потенційних занепокоєнь при видаленні згустків полягає в тому, що уламки можуть пройти повз місце згустку та створити небезпечну для життя ситуацію, блокуючи первинну артерію, таку як легенева артерія в легені. При звичайних методах лікування лікарі іноді вставляють у посудину механічний фільтр, щоб уловлювати блукаючий згусток. Але коли Сюй та його колеги розробили цю техніку гістотрипсія, відкрив нове явище, яке могло б усунути потребу у фільтрах. "Хмара кавітаційних бульбашок викликає потік рідини в посудині, схожу на вихор", - каже вона. Створюючи другу хмару мікробульбашок на невеликій відстані від згустку, вони можуть захопити і повністю розчинити будь-які блукаючі фрагменти згустку.
Хоча цей метод неінвазивної плунжерної пастки (NET)неінвазивна пастка емболій) лише перевірено в пробірці, Сюй сподівається, що це може мати багато клінічних застосувань. "Якщо ми зможемо змусити техніку NET працювати у природніх умовах, це відкриє двері для нових застосувань, таких як захоплення згустків під час серцево-судинних операцій », - каже вона.
Знищення зрілих згустків
Хоча в початкових дослідженнях Сю та Максвелла брали участь м’які згустки, утворені в пластикових пробірках та свинячих моделях, вони зараз досліджують здатність гістотрипсія розбити тверді і зрілі згустки. Будова старих згустків подібна до структури судини. "У цих випадках важко розрізнити згусток і стінку судини [оскільки згусток вріс у стінку судини]", - говорить Сю. У цій ситуації метагістотрипсія полягає у створенні каналу, по якому може текти кров, а не намагання розбити весь згусток. У попередніх дослідженнях на тваринах гістотрипсія безумовно, створив проточний канал, але вимагав більше часу лікування.
До клінічних застосувань
Майбутня робота буде зосереджена на чотирьох компонентах. Перший передбачає дослідження основної науки про взаємодію між мікробульбашками та клітинами; розуміння фізичних механізмів, відповідальних за ці взаємодії, допоможе оптимізувати технологію. Другий компонент визначатиме безпеку та ефективність методики. гістотрипсія. Третя область досліджуватиме, які механізми впливають на явище NET, включаючи схеми потоку рідини. Останній напрямок передбачає розробку та розробку програмного забезпечення для підготовки системи до клінічного використання. Сю означає, що мета полягає в автоматизації техніки гістотрипсія щоб лікарі могли сидіти перед консоллю; виявити згусток за допомогою ультразвукових зображень; зафіксуйте згусток за допомогою початкової, середньої та кінцевої точок; натискання кнопки; і нехай система сканує заблоковану судину. Робота також буде зосереджена на інтеграції перетворювачів терапії та візуалізації та зменшенні їх розміру. Дослідники також вивчать способи передачі ультразвукової енергії без занурення датчика терапії під воду.
"Ми поєднуємо найкраще з двох світів: неінвазивність медикаментозної терапії та локалізацію катетерних процедур, але без ускладнень, пов'язаних з цими двома підходами", - говорить Сю. «Якщо нам вдасться створити клінічну систему, лікування ТГВ може стати офісною процедурою. У довгостроковій перспективі ми також можемо відкрити двері для лікування інших станів, викликаних утворенням тромбів ".
Ця робота частково підтримується Національним інститутом біоінженерії та біомедичних зображень.