声栓溶解常被理解成“超声加药物”或“超声加微泡”。但还有另一类思路:不先依赖纤溶药物,而是用声场把正在流动的血栓或栓子局部困住,再用强聚焦超声产生空化,把它机械性碎裂成更小的碎片。
这篇文章只读一篇英文开放全文论文:Heo、Park、Kim、Pahk 和 Pahk 2023 年发表于 Ultrasonics Sonochemistry 的 “Sonothrombolysis with an acoustic net-assisted boiling histotripsy: A proof-of-concept study”(PMID: 37178667;PMCID: PMC10206501;DOI: 10.1016/j.ultsonch.2023.106435)。
它的关键词是 A-NET,也就是 acoustic net。这里的“网”不是实体器械,而是两个 1 MHz 聚焦超声换能器在血管仿体中形成的干涉声场。作者想问:这种声场能不能像声学网一样挡住流动中的血凝块,再配合 2 MHz 沸腾组织碎裂术把血凝块打碎,同时用被动声发射监测过程。
这项研究想回答什么问题?
作者针对的是一个很具体的风险:如果血栓或栓子已经在血流中移动,单纯把它打散可能带来新的远端栓塞风险;如果能先把它局部“抓住”,再在控制区域内机械碎裂,理论上更接近一个可管理的治疗流程。
所以,这篇论文不是在验证某种溶栓药剂量,也不是在比较微泡材料。它问的是一个工程问题:用双聚焦超声产生的声辐射力,能否在流动条件下捕获毫米级血凝块;随后用沸腾组织碎裂术,能否把被捕获的血凝块碎裂成足够小的碎片,并且不在体外血管仿体壁上造成可见机械或热损伤。
研究是怎么设计的?
这是一项体外 proof-of-concept 研究。作者使用透明血管仿体、甘油和水按 4:6 混合的血液模拟液、循环流路、高速相机和被动声发射探头来观察整个过程。
系统里有三类超声换能器。第一类是两个 1 MHz 单元碗形聚焦超声换能器,每个直径 20 mm、几何焦距 18.7 mm,以 90 度交叉排列,并以 pi 的相位差驱动,用来形成 A-NET。第二类是一个 2 MHz HIFU 换能器,直径 64 mm、几何焦距 63.2 mm,用于 boiling histotripsy,也就是沸腾组织碎裂术。第三类是带宽 10 kHz 到 20 MHz 的被动声发射探头,用于接收捕获和空化过程中的声信号。
血凝块来自 Sprague Dawley 大鼠股动脉新鲜血液,在 37 摄氏度下凝固 3 小时,再在 4 摄氏度保存 1 天。实验用血凝块大小为 1 到 5 mm。流动实验中的平均流速范围为 1.77 到 6.19 cm/s。
超声参数能确认到什么?
A-NET 使用 1 MHz 双聚焦超声。捕获实验中,dFUS 焦点压力幅值测试范围为 0.55 到 1.13 MPa,占空比 50%,脉冲长度 1 ms,PRF 500 Hz。两个 1 MHz 换能器在焦区形成带有声压波腹和波节的条纹样压力场,论文把这种能阻挡流动血凝块的结构称为 acoustic net。
沸腾组织碎裂术使用 2 MHz HIFU。论文测试了 3、6、10 ms 三种脉冲长度,PRF 为 10、20、30 Hz,对应占空比从 3% 到 30%,每次 BH 暴露时间为 2 秒。表格中还报告 HIFU 焦点水中峰值正压约 79.16 MPa、峰值负压约 -17.51 MPa。
这些参数足以说明这是一套强机械碎裂实验系统,但不能直接写成临床处方。论文没有治疗动物或患者,也没有给出人体血管中的安全窗口、远端栓子风险、溶血、出血、血管反应或长期通畅结果。
主要发现是什么?
第一,A-NET 可以在体外流动条件下捕获毫米级血凝块或血凝块模拟珠。随着焦点压力升高,系统能在更高流速下捕获血凝块。1.2 mm 模拟珠在 0.55 MPa 下可被捕获的阈值流速为 2.24 cm/s,在 0.79 MPa 下提高到 3.45 cm/s;2 mm 模拟珠对应为 2.83 和 4.42 cm/s;5 mm 模拟珠对应为 3.18 和 4.60 cm/s。在最高测试流速 6.19 cm/s 下,1.2、2 和 5 mm 模拟珠都能在 1.13 MPa 下被捕获。
第二,被捕获的真实血凝块可以被 BH 机械碎裂。实验中,被 A-NET 捕获的 3 到 4 mm 血凝块,平均重量 31.5 +/- 5.6 mg,在平均流速 2.16 cm/s 条件下被 2 MHz BH 破坏,并随流体带走。
第三,大多数碎片小于 60 um。作者把碎片分成小于 60 um 和大于 60 um 两类,因为文中提示大于 60 um 的栓子可能造成血管阻塞。九种 BH 参数组合下,平均 97.84% +/- 1.07% 的碎片小于 60 um,约 2.15% +/- 1.07% 大于 60 um。更长脉冲和更高 PRF 条件下,最大碎片尺寸整体变小。
第四,作者没有在血管仿体内壁观察到可见机械或热损伤。dFUS 16 秒暴露时,焦点温升测量和模拟都很低;BH 后的仿体内壁显微图像也没有显示明显损伤。不过,这只是透明血管仿体,不是真实血管壁。
第五,被动声发射探头能区分捕获和空化过程。血凝块被捕获后,1 MHz dFUS 声信号幅度下降;BH 过程中,PAED 电压峰值升高,并出现 2 MHz 基频的高阶谐波和宽带噪声,符合空化活动监测的预期。
为什么这篇论文对声栓溶解重要?
它把声栓溶解里的“碎片风险”放到了研究问题中心。很多文章关注血栓质量减少或再通速度,但如果被打散的碎片过大,理论上可能变成新的栓子。A-NET 的思路不是只追求更强破坏,而是尝试先控制血凝块位置,再进行局部机械碎裂,并用声学信号监测过程。
它也提醒读者,声栓溶解不只有药物增强路线。微泡、rtPA、导管超声和相变纳米液滴是一组路径;沸腾组织碎裂术和声学捕获是另一组更偏机械的路径。两者都属于血栓溶解技术版图,但安全问题完全不同:前者常担心出血和空化可控性,后者更要担心碎片大小、血管壁损伤、溶血和流场改变。
不能过度解读什么?
不能把这项研究读成人体疗效证据。它没有动物血栓治疗实验,也没有患者再通、症状改善、出血、死亡或长期血管通畅数据。
不能把 98% 小于 60 um 的碎片结果直接理解为临床安全。真实循环系统里,碎片进入不同血管床后的行为、凝血反应、炎症反应、肺循环或脑循环风险,都不是这个体外仿体能回答的。
不能忽略能量水平和组织相互作用。BH 使用的是高强度聚焦超声并产生强空化,论文虽未在仿体内壁观察到损伤,但真实血管壁、内皮、红细胞、血小板和周围组织的反应需要单独验证。
也不能把 A-NET 写成已经可部署的临床设备。作者自己在结论中指出,下一步还需要优化 A-NET 和 BH 暴露条件,并研究溶血、出血、血管损伤和流动变形等潜在血液流变和血流动力学副作用。
读完这篇论文后,应该带走什么?
最稳妥的结论是:在这项体外研究中,两个 1 MHz 聚焦超声换能器形成的声学网可以在透明血管仿体中捕获毫米级流动血凝块;随后 2 MHz 沸腾组织碎裂术能把被捕获血凝块机械碎裂,其中平均约 97.84% 的碎片小于 60 um,且未观察到仿体壁可见损伤。
这不是临床疗效证明,而是一项系统概念验证。它的价值在于提醒声栓溶解领域:真正可转化的技术不只要能“打碎血栓”,还要同时回答能否定位、能否监测、碎片有多大、血管壁是否受损,以及这些机械效应能不能在真实血流和真实血管中被安全控制。
参考研究与核查入口
Heo J, Park JH, Kim HJ, Pahk K, Pahk KJ. Sonothrombolysis with an acoustic net-assisted boiling histotripsy: A proof-of-concept study. Ultrasonics Sonochemistry. 2023;96:106435. doi:10.1016/j.ultsonch.2023.106435. PMID:37178667. PMCID:PMC10206501.
- PubMed: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37178667/
- Europe PMC 全文 XML: https://www.ebi.ac.uk/europepmc/webservices/rest/PMC10206501/fullTextXML
- DOI / 期刊页: https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2023.106435
核查说明:本文依据 PubMed 记录和 Europe PMC 开放全文 XML 核查题名、作者、期刊、DOI、PMID / PMCID、A-NET 概念、dFUS 与 HIFU 换能器配置、血管仿体和血凝块制备、流速范围、声压、频率、脉冲长度、PRF、碎片大小分布、PAED 监测、资金与利益关系声明、作者列出的后续限制;未补写论文未报告的人体或动物治疗结局、临床再通率、远端栓子风险、溶血、出血、血管损伤或长期安全性。