Сравнение:
Това изображение показва възстановяване на кръвния поток след 5-минутно лечение с хистотрипсия.
През 2003 г. кореспондентът на NBC Дейвид Блум се качи на самолет и отлетя за Ирак, за да докладва за войната. След като прекара няколко дни в затвореното пространство на резервоар, Блум започна да изпитва болка зад коленете си. Иначе здрав на 39, Блум отхвърли този дискомфорт. Въпреки това, в рамките на дни, съпругата му получи обаждане, че Блум е починал - не от експлозивно устройство или изстрел с оръдие, а от дълбока венозна тромбоза (DVT), състояние, при което се образуват кръвни съсиреци в долната част на краката й и пътуват към белите й дробове.
Въпреки че DVT е по-вероятно да се появи при хора на възраст над 60 години, това може да порази всеки. За някои дългото пътуване със самолет е достатъчно, за да предизвика DVT. Седейки неподвижно за дълги периоди от време може да доведе до обединяване на кръв в долната част на краката. За други венозна травма от операция, възпаление или заболяване може да доведе до образуване на кръвни съсиреци. Само около половината от 2-те милиона индивиди, които страдат от това състояние всяка година, имат симптоми. Всяка година около 600 000 души са хоспитализирани, а приблизително 300 000 американци в САЩ умират от свързана с DVT белодробна емболия.
В момента клиницистите имат две възможности за лечение на ДВТ. Първият включва лекарствена терапия за разреждане на кръвта и по този начин намаляване на съсирека. Вторият вариант е инвазивно да се отстрани съсирекът с помощта на пластмасова тръба, наречена катетър. И двата подхода крият висок риск от кървене, а инвазивните процедури, като катетърна намеса, също могат да увредят стената на кръвоносните съдове и да причинят инфекция.
Скоро обаче може да съществува трета опция. Изследователи от Университета в Мичиган са разработили неинвазивна техника, която може да разруши съсиреците в дълбоките вени, без рисковете, свързани с медикаментозната терапия или инвазивната катетърна терапия. Тази техника, известна като хистотрипсия, първоначално е разработен за неинвазивна и контролирана ерозия на тъканите, но наскоро е адаптиран за използване при неинвазивно разрушаване на съсиреци.
Изследователи от Университета в Мичиган са разработили техниката хистотрипсия за постигане на механично фракциониране на тъканите чрез използване на няколко кратки импулса с ултразвук с висока интензивност. Процедурата на хистотрипсия той се ръководи и наблюдава от ултразвукови изображения в реално време и текат изследвания за неговото използване при неинвазивна и силно контролирана дълбока хирургия на органи. Изследователският екип, разработил тази техника, включва д-р Чарлз Кейн, Брайън Фоулкс, Тимъти Хол, Уил Робъртс и Жен Ксу.
Фокусът на хистотрипсия Съвсем наскоро той е разширен за използване при унищожаване на съсиреци (тромболиза) от екипа на Адам Максуел, Чарлз Кейн, Хитиндер Гурм и Джен Сю от Университета в Мичиган. През 2008 г. екипът, ръководен от д-р Xu, получи грант от NIBIB, озаглавен „Неинвазивна ултразвукова тромболиза с ориентирано изображение Хистотрипсия”("Неинвазивна ултразвукова тромболиза с ръководен от изображението с помощта на хистотрипсия"). Този проект изследва тромболитичните аспекти на хистотрипсия за неинвазивно лечение на дълбока венозна тромбоза (DVT).
Настоящите лечения на ДГТ изискват 2 до 3 дни престой в болница, но интервенционният кардиолог д-р Hitinder Gurm и сътрудник на д-р Zhen Xu и Adam Maxwell заявяват, че хистотрипсия това е 50 пъти по-бързо от всичко друго, което се предлага сега. Ако тази адаптация на техниката хистотрипсия спазва всички необходими стъпки за безопасност, Gurm се надява процедурата да се използва като амбулаторно лечение.
Микробни мехурчета
Подобно на фокус литотрипсия, неинвазивен ултразвуков метод, използван за премахване на камъни в бъбреците, хистотрипсия Той разчита на импулсни звукови вълни за разбиване на кръвни съсиреци. Енергията, излъчвана от ултразвукова сонда или преобразувател, разположени извън и над съсирека, причинява микромехурчета (съставени от малки ядра от газ, присъстващи в кръвта), които се образуват вътре в кръвоносния съд. Чрез процес, наречен кавитация, енергийните импулси карат микромехурчетата да се разширяват, свиват и колапсират. Повтарящият се цикъл на кратки импулси с високо налягане създава милиметрови облаци от микромехурчета, които механично разрушават съсирека. „Облакът е като Pac-Man, който хапе съсирека“, казва Xu, позовавайки се на известната видео игра от 80-те години. Отнема 2 до 5 минути, за да се разтвори мек съсирек с дължина един инч.
В системата на хистотрипсия, Датчик за изображения е тясно свързан с преобразувателя за генерираща облак терапия. Това позволява на изследователите да видят активността на облака от микромехурчета, докато се появява. „Можем да видим в реално време кога облакът се генерира, дали работи и дали е бил ефективен при премахването на съсирека“, казва Xu. Те също така използват цветни доплерови изображения, за да оценят подобренията в кръвния поток по време на процеса.
Уникален аспект на хистотрипсия това е неговото влияние върху процеса на кавитация, който преди се считаше за неконтролируем. Xu и Maxwell постигат тази прецизност, като използват кавитационен мониторинг в реално време и подходящо секвениране на ултразвуков импулс. Наляганията, използвани за създаване на кавитация, са поне 10 пъти по-високи от наляганията, използвани в диагностичния ултразвук и сравними с налягането, използвано в литотрипсия. „Идеята е да се генерира облакът от мехурчета, да се разбие част от съсирека и да се генерират семената на следващия облак. Цялата дейност е завършена преди да пристигне следващият импулс ”, обяснява Сю.
Вижте видео на ултразвуково изображение, показващо съсирек във феморалната вена на прасе, което се лекува хистотрипсия(http://www.bme.umich.edu/labs/xulab/research/index.php#anchor1). Ултразвукови импулси отхистотрипсия генерирани са от датчик, поставен извън кожата. В съсирека във вената се създаде облак от мехурчета (ярки и пенливи), които се сканират по съсирека. 43-секундното видео се ускорява 10 пъти.
Създаване на ултразвукова предпазна мрежа
Потенциална загриженост при отстраняването на съсиреци е, че фрагментите могат да излязат извън мястото на съсирека и да създадат животозастрашаваща ситуация чрез блокиране на първична артерия като белодробната артерия в белия дроб. При конвенционалните лечения лекарите понякога вкарват механичен филтър в съда, за да улавят блуждаещия материал на съсирек. Но когато Xu и колегите му разработиха техниката хистотрипсия, откри нов феномен, който би могъл да премахне нуждата от филтри. „Облакът от кавитационни мехурчета предизвиква поток от течност в съда, подобно на вихър“, казва тя. Чрез създаването на втори облак от микромехурчета на кратко разстояние от съсирека, те биха могли да заловят и напълно да разтворят всички скитащи фрагменти от съсирек.
Въпреки че тази неинвазивна техника за улавяне на бутало (NET)неинвазивен капан за емболи) е само тестван инвитро, Xu се надява, че може да има много клинични приложения. „Ако успеем да накараме NET техниката да работи in vivo, това ще отвори вратата за нови приложения като улавяне на съсиреци по време на сърдечно-съдови операции “, казва тя.
Унищожаване на зрели съсиреци
Въпреки че първоначалните проучвания на Xu и Maxwell включват меки съсиреци, образувани в пластмасови епруветки и свински модели, сега те изследват способността на хистотрипсия за разбиване на по-твърди и зрели съсиреци. Структурата на по-старите съсиреци е подобна на тази на съда. „В тези случаи е трудно да се направи разлика между съсирека и съдовата стена [тъй като съсирекът е прераснал в съдовата стена]“, казва Сю. В тази ситуация целта нахистотрипсия е да се създаде канал, през който кръвта може да тече, вместо да се опитва да разбие целия съсирек. В предварителни проучвания върху животни, хистотрипсия със сигурност създаде канал за поток, но изисква по-дълго време на лечение.
Към клинични приложения
Бъдещата работа ще се фокусира върху четири компонента. Първият включва изследване на основната наука зад взаимодействието между микромехурчетата и клетките; разбирането на физическите механизми, отговорни за тези взаимодействия, ще помогне за оптимизирането на технологията. Вторият компонент ще определи безопасността и ефикасността на техниката. хистотрипсия. Трета област ще изследва какви механизми действат с явлението NET, включително модели на потока на течността. Последната област включва софтуерно инженерство и разработка за подготовка на системата за клинична употреба. Xu означава, че целта е да се автоматизира техниката хистотрипсия за да могат лекарите да седят пред конзола; намерете съсирека с ултразвукови изображения; фиксирайте съсирека по начална, средна и крайна точка; натискане на бутон; и оставете системата да сканира блокирания кръвоносен съд. Работата ще се фокусира и върху интегрирането на преобразувателите за терапия и изображения и намаляването на техния размер. Изследователите също така ще проучат начини за предаване на ултразвукова енергия без потапяне на терапевтичния датчик под вода.
„Ние съчетаваме най-доброто от два свята: неинвазивността на лекарствената терапия и локализирането на катетърни процедури, но без усложненията, свързани с тези два подхода“, казва Сю. „Ако успеем да създадем клинична система, лечението на ДВТ може да се превърне в офис процедура. В дългосрочен план можем да отворим вратата и за лечение на други състояния, причинени от кръвни съсиреци. ".
Тази работа се подпомага отчасти от Националния институт по биоинженерство и биомедицински изображения.