超声波“龙卷风”：一种更快速的分解血块的新方法

超声波“龙卷风”：一种更快速的分解血块的新方法

超声波龙卷风分解血块

该研究由米国国家科学基金会和米国国立卫生研究院资助。

研究人员开发了一种新工具和技术，使用“涡流超声”——一种超声波龙卷风——来分解大脑中

的血块。这种新方法比现有技术更快地消除在脑静脉窦血栓形成 (CVST) 体外模型中形成的血凝

块。

研究人员创造了一种使用“涡流超声”（一种超声波龙卷风）的新工具，可以有效分解大脑中的

血块。在脑静脉窦血栓形成 (CVST) 的体外模型中，这项创新技术被证明比目前的方法更快地消

除血栓。

该论文的共同通讯作者是来自米国北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程学院的 Xiaoning 

Jiang（蒋晓宁，音译）教授。

Jiang 指出：

我们之前的工作着眼于各种使用超声波消除血凝块的技术，这些技术基本上是前向波。我们的新

工作使用涡流超声，其中超声波具有螺旋相位波前 (Helical Wavefront)。

换句话说，超声波在向前移动时呈漩涡状。根据我们的体外测试，这种方法比现有技术更快地消

除血凝块，这主要是因为涡流波引起的剪切应力。

该研究的另一位共同通讯作者是来自米国佐治亚理工学院机械工程的助理教授 Chengzhi Shi（施

承志，音译）。

Shi 指出：

我们的新技术能够快速发挥作用这一事实很重要，因为 CVST 血凝块会增加大脑血管的压力。这

增加了大脑出血的风险，这对患者来说可能是灾难性的。

现有技术在很大程度上依赖于溶解血块的干预措施。但这是一个耗时的过程。我们的方法有可能

更快地解决这些血凝块，从而降低患者的风险。

当负责从大脑中排出血液的脑静脉中形成血凝块时，就会发生 CVST。2018 年和 2019 年，米国 

CVST 的发病率为每 100,000 人 2 至 3 人，而且发病率似乎还在上升。

研究者还指出：我们在这里的工作很重要的另一个原因是，目前对 CVST 的治疗在 20-40% 的病

例中失败了。

新工具由一个传感器组成，专门设计用于产生旋转、涡流效果。换能器足够小，可以装入导管中

，然后通过循环系统将导管输送到血凝块部位。

为了进行体外概念验证测试，研究人员在脑静脉窦的 3D 打印模型中使用了牛血。

研究人员指出：

根据现有数据，溶解 CVST 血块的药物干预至少需要 15 小时，平均需要 29 小时左右。

在体外测试中，我们能够在不到半小时的时间内溶解急性血栓。

在任何导管插入术或手术干预期间，都存在潜在的损伤风险，例如损坏血管本身。为了解决这个

问题，研究人员进行了将涡流超声应用于动物血液静脉样本的实验。这些测试没有发现血管壁受

损。

研究人员还进行了测试，以确定涡流超声是否对红细胞造成重大损害。他们发现对红细胞没有实

质性损害。（TIPS: 也就是说，不用担心会发生溶血的情况）

研究人员进一步指出：

下一步是我们使用动物模型进行测试，以更好地确定该技术用于 CVST 治疗的可行性。如果这些

测试成功，我们希望进行临床试验。

如果涡流超声成为临床应用，它的成本可能与用于治疗 CVST 的其他干预措施相当。

对于其他部位的静脉血栓，如四肢、门静脉系统等的血栓，对这种技术如果加以改进或许也能适

用。

附原研究背景信息：

脑静脉窦血栓形成 (cerebral venous sinus thrombosis, CVST) 是一种在脑静脉窦中形成的病

理性血凝块，是年轻人中风最普遍的原因之一。据报道，在欧洲，CVST 的发病率在每年百万分之 

2 到 13 之间。最近的研究表明，CVST 的发病率在米国正在增加。在过去十年中，越来越多的证

据表明，早期诊断和抗凝治疗可将与 CVST 相关的发病率和死亡率降至最低。CVST 通常会导致血

脑屏障破裂和脑灌注压下降，从而导致脑水肿、局部缺血，在某些情况下还会导致脑出血 

(intracerebral hemorrhage, ICH)。尽管大多数患者对现有治疗反应良好，但有些人尽管接受了

最好的治疗仍无法康复或继续恶化。CVST 患者的死亡率保持在大约 10%，还有 10% 的患者长期

预后不佳。此外，与通常发生在老年人身上的大多数其他类型的中风相比，CVST 患者比一般人群

年轻得多，而且通常是孕妇或最近刚生完孩子的年轻母亲。值得注意的是，由于严重急性呼吸系

统综合症冠状病毒 2 病和某些疫苗接种的后果，在 2019 年冠状病毒病爆发期间确实报告了 

CVST 发生率的统计显著上升。目前，CVST 的 3 种最常见的治疗选择是全身使用抗凝剂或溶栓药

物、去骨瓣减压术和基于导管的血管内治疗。医生知道这 3 种治疗方法都存在各自的局限性。

为了克服这些限制并增强有效的血栓分解而不增加脑出血或全身出血后果的危险，已经探索了超

声溶栓，也称为声溶栓。超声溶栓的主要机制是辐射力、声流和空化。已经发现，纤维蛋白溶解

药物和造影剂介导的超声可以通过增加药物向血凝块的输送来加速溶栓。为了提高血凝块溶解效

率，大孔径换能器与多频激发结合使用，以最大限度地提高声空化效应。使用基于导管的超声换

能器 (EKOS)，一项多中心回顾性研究发现，超声联合 t-PA 可缩短输注时间，并提高深静脉血栓

形成治疗中血凝块的完全溶解率。使用微泡 (MB) 和纳米液滴与前视换能器相结合，超声溶栓效

果得到改善。治疗急性心肌梗死、中风和深静脉血栓形成的临床试验表明，具有高机械指数 (MI) 

和造影剂的超声脉冲能够通过血凝块溶解和血流增强进行再灌注。例如，最近的一项研究发现，

与仅接受静脉溶栓治疗的患者相比，接受超声溶栓治疗的患者的再灌注率和无症状脑出血率要高

得多。此外，近年来经颅彩色编码双相超声和血管内超声等超声应用已被用于诊断 CVST 。然而

，由于治疗周期长（>15 小时）和使用的 t-PA 剂量高（10 至 20 毫克）[ 53 ]，以及面临的挑

战，目前还没有可用于 CVST 治疗的血管内超声导管与进入更曲折的颅内血管的导航有关。此外

，主要基于空化效应机制的传统超声溶栓治疗通常需要高峰值负压 (PNP)，这在血管内超声溶栓

中可能不安全且具有挑战性。在这种情况下，对溶栓策略的医疗需求尚未得到满足，该策略可以

对各种类型的血块（例如大的急性血栓和完全闭塞的血栓）进行局部、有效和快速的溶解，同时

最大限度地减少对血管和周围组织的损害，以及与用于 CVST 治疗的高剂量药物相关的许多其他

医学症状。

涡旋超声（也称为声轨道角动量）是一种声波形式，它在空间中传播，波前呈螺旋状，在空间中

移动时会旋转。许多声流体技术都是在涡旋声波的基础上开发出来的，可以以无接触和生物相容

的方式操纵流体和颗粒。例如，基于声涡流的声学镊子技术可以操纵各种尺寸的生物粒子。涡流

超声引起的剪切力有可能安全地分解血凝块并提高溶栓效果。这项工作的目的是证明血管内涡流

超声 (EVUS) 溶栓可用于安全有效的CVST 治疗，从而在解决上述未满足的医学超声溶栓挑战方面

取得实质性突破。这项研究首次表明，由 MBs 介导的涡旋超声会对血凝块产生局部剪切应力，这

有望显著提高声溶栓率。这种新的 EVUS 系统能够有效和快速地治疗大的急性和完全闭塞的血栓

，从而显著减少对血管和周围组织的损伤，缩小血栓碎片的大小，降低复发和远端栓塞的风险。