Ультразвуковой прибор Vortex разрушает тромбы в мозге

Тромбоз церебральных венозных синусов (ЦВСТ) представляет собой образование тромбов в венах, отводящих кровь от головного мозга, и является одной из наиболее частых причин инсульта у молодых людей. Ранняя диагностика и антикоагулянтная терапия могут свести к минимуму ущерб и смертность, связанные с ЦВСТ, но современные методы лечения неэффективны примерно в 20–40% случаев.

Чтобы улучшить клинические результаты, исследовательская группа во главе с Университет штата Северная Каролина и Технологический институт штата Джорджия разработала новый вихревой ультразвуковой инструмент, предназначенный для разрушения тромбов в головном мозге. Устройство, которое команда описывает в В исследовании, удалял тромбы быстрее, чем существующие методы, и мог восстановить кровоток через полностью заблокированный в пробирке модель CVST всего за 8 мин.

В методе, известном как сонотромболизис, ультразвук используется для кавитации микропузырьков, окружающих сгусток, что приводит к его разрушению. По сравнению с обычными антикоагулянтами или тромболитическими препаратами, растворяющими кровяной сгусток, сонотромболизис может значительно сократить необходимое время лечения. Предыдущие стратегии, однако, не были клинически эффективными при лечении крупных, полностью закупоренных вен или артерий.

Что отличается от этого нового подхода, так это то, что вместо использования обычного планарного ультразвука команда разработала новый вихревой преобразователь, который создает спиральный волновой фронт, в котором ультразвук закручивается в стиле торнадо по мере продвижения вперед. Этот вихревой ультразвук вызывает напряжение сдвига, параллельное передней поверхности сгустка, что механически разрушает фибриновые сети сгустка слой за слоем для более эффективного растворения сгустка. Напряжение сдвига также ослабляет структуру сгустка, улучшая доставку микропузырьков и любых тромболитических агентов.

«Наша предыдущая работа рассматривала различные методы, которые используют ультразвук для устранения тромбов, используя то, что по существу является направленными вперед волнами», — объясняет соавтор. Сяонин Цзян из Университета штата Северная Каролина в заявлении для прессы. «В нашей новой работе используется вихревой ультразвук, где ультразвуковые волны имеют спиральный волновой фронт. На основе нашего в пробирке испытания, этот подход устраняет тромбы быстрее, чем существующие методы, в основном из-за напряжения сдвига, вызванного вихревой волной».

Генерация спиральной волны

Исследователи создали вихревой ультразвуковой преобразователь, используя массив 2 x 2 низкочастотных (1.8 МГц) пьезоэлектрических преобразователей с малой апертурой. Сборка массива со сдвигом на четверть длины волны (0.21 мм) между передними поверхностями соседних преобразователей приводит к физической фазовой задержке, необходимой для создания спирального волнового фронта.

Матрица датчиков достаточно мала, чтобы поместиться в катетер диаметром 3.0 мм с просветом для доставки микропузырьковых кавитационных агентов и лекарств. Затем этот катетер может быть подведен через кровеносную систему к месту тромба.

В тестах на фантоме кровеносного сосуда вихревой датчик реканализировал всю длину 50-мм сгустка (восстановив кровоток) в течение 30 минут, в то время как невихревой датчик достиг менее 50% лизиса сгустка (разрушения) и не реканализировал судно. Сравнивая скорость лизиса сгустка, вихревой датчик имел абсолютную скорость лизиса 53.9 мг/мин, что на 64.3% выше, чем у тромболизиса без вихревого датчика (32.8 мг/мин).

«Исходя из имеющихся данных, фармацевтические вмешательства для растворения тромбов CVST занимают не менее 15 часов, а в среднем около 29 часов», — отмечает соавтор. Чэнчжи Ши из Технологического института Джорджии. "В течение в пробирке тестирования мы смогли растворить острый тромб менее чем за полчаса».

Безопасный и эффективный

Цзян, Ши и их сотрудники протестировали свой вихревой преобразователь на 3D-печатной модели церебрального венозного синуса. Они обнаружили, что полностью заблокированный кровеносный сосуд был полностью реканализирован всего за 8 минут лечения. Масса острого сгустка составила 3.1±0.3 г до лечения и 1.2±0.4 г после, что соответствует скорости сокращения 7.66 %/мин и скорости лизиса 237.5 мг/мин. Команда отмечает, что эти значения значительно выше, чем те, о которых недавно сообщалось для немедикаментозного эндоваскулярного сонотромболизиса (1.3–2.5 %/мин; 2–4.6 мг/мин).

«Ультразвуковая дрель» и нанокапли разрушают тромбы

Анализ остатков сгустка показал, что размер большинства частиц не превышает 100 мкм, что снижает риск опасного образования эмболов. Для дальнейшей оценки безопасности лечения исследователи применили вихревой ультразвук к бывших естественных условиях собачьих яремных вен, не наблюдая повреждения стенок кровеносных сосудов. Они также определили, что вихревой ультразвук не вызывает существенного повреждения эритроцитов.

Далее исследователи планируют провести тесты на животных моделях. Если они окажутся успешными, они надеются продолжить клинические испытания. «В тяжелых случаях ЦВСТ и у пациентов с массивными, полностью заблокированными венозными сгустками, которых невозможно эффективно лечить с помощью доступных в настоящее время лекарств, технология вихревого ультразвукового тромболизиса может стать спасительным методом лечения в будущем», — заключают они.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/vortex-ultrasound-tool-breaks-down-blood-clots-in-the-brain/