用于回缩血栓超声溶栓的旋转式血管内多向超声导管的体内外研究

工程（英文） ›› 2024, Vol. 42 ›› Issue (11) : 245 -254. DOI: 10.1016/j.eng.2024.03.021

研究论文

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Rotational Intravascular Multidirectional Ultrasound Catheter for Sonothrombolysis of Retracted Clots: An in Vitro and in Vivo Study

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Received	Accepted	Published
2023-10-16	2024-03-28
Issue Date
2024-03-28

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摘要

血管内血栓栓塞若未得到妥善处理，卒中、心肌梗死至猝死的风险将显著增加。超声溶栓联合超声微泡技术已成为治疗血栓栓塞的有效方法，近期研究证实血管内超声溶栓可作为深静脉血栓（DVT）的安全有效疗法，但该方法对回缩血栓的溶栓效能尚未通过体内实验验证。本研究开发了一种微型多向换能器，采用两个孔径为1.4 mm × 1.4 mm的四层锆锥形钛酸铅（PZT-5A）压电堆叠结构，可实现前向与侧向双重治疗模式。该装置在双腔10 -French（Fr）导管中集成定制，通过体外及体内实验验证了其血管内超声溶栓性能。在低剂量组织型纤溶酶原激活剂和纳米液滴辅助下，体外实验中旋转式多向换能器可使回缩血栓质量（800 mg）在30 min内平均减少52%。该装置的溶栓率较无旋转功能的前向治疗模式换能器显著提高37%，这一提升在回缩血栓治疗中尤为显著。值得注意的是，在猪DVT模型中，通过创建直径大于4 mm的血流通道，该技术成功在40 min内实现了长段回缩血栓（> 10 cm）的体内溶栓。综上所述，本文的超声溶栓技术具有临床应用潜力，为解决回缩血栓等复杂病例的血栓栓塞治疗提供了可行方案。

Abstract

Thromboembolism in blood vessels poses a serious risk of stroke, heart attack, and even sudden death if not properly managed. Sonothrombolysis combined with ultrasound contrast agents has emerged as a promising approach for the effective treatment of thromboembolism. Recent reports have highlighted the potential of intravascular sonothrombolysis as a safe and effective treatment modality for deep vein thrombosis (DVT). However, its efficiency has not been validated through in vivo testing of retracted clots. This study aimed to develop a miniaturized multidirectional transducer featuring two 4-layer lead zirconate titanate (PZT-5A) stacks with an aperture size of 1.4 mm × 1.4 mm, enabling both forward- and side-looking treatment. Integrated into a custom two-lumen 10-French (Fr) catheter, the capability of this device for intravascular sonothrombolysis was validated both in vitro and in vivo. With low-dose tissue plasminogen activators and nanodroplets, the rotational multidirectional transducer reduced the retracted clot mass (800 mg) by an average of 52% within 30 min during in vitro testing. The lysis rate was significantly higher by 37% than that in a forward-viewing transducer without rotation. This improvement was particularly noteworthy in the treatment of retracted clots. Notably, a long-retracted clot (> 10 cm) was successfully treated within 40 min in vivo by creating a flow channel with a diameter > 4 mm in a porcine DVT model. In conclusion, these findings strongly suggest the potential of this technique for clinical applications in sonothrombolysis, offering a feasible solution for effectively treating thromboembolism, particularly in challenging cases involving retracted clots.

关键词

血管内超声导管 / 体内超声溶栓 / 回缩血栓溶栓

Key words

Intravascular ultrasound catheter / Sonothrombolysis in vivo / Retracted clots thrombolysis

引用本文

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Huaiyu Wu,Jinwook Kim,Bohua Zhang,Gabe Owens,Greyson Stocker,Mengyue Chen,Benjamin C. Kreager,Ashley Cornett,Kathlyne Bautista,Tarana Kaovasia,Paul A. Dayton,Zhen Xu,Xiaoning Jiang. 用于回缩血栓超声溶栓的旋转式血管内多向超声导管的体内外研究[J]. 工程（英文）, 2024, 42(11): 245-254 DOI:10.1016/j.eng.2024.03.021

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1 引言

静脉血栓栓塞（VTE）是导致全球疾病负担和死亡的重要诱因，其常见表现为主要起源于小腿静脉的深静脉血栓（DVT）。若未及时干预，DVT可进展为近端静脉血栓，当脱落的栓子随血流抵达肺部时可能引发肺栓塞（PE）[1‒3]。每年约10%的有症状PE患者在发病1 h内死亡，仅在美国，急性肺栓塞每年就造成高达30万人死亡[1,4]。然而，VTE的治疗仍面临显著挑战与经济负担，约50%有症状的近端DVT或PE患者在治疗三个月内会再次形成血栓。传统治疗方案包括使用组织纤溶酶原激活剂（tPA）的导管定向溶栓或机械取栓术[5‒8]。但导管定向溶栓耗时较长，需持续治疗24 h以上，且存在显著的特征性出血风险[5,9]；而机械取栓术虽无需使用纤溶药物即可有效治疗急性、亚急性或慢性DVT，但存在血管损伤风险[7‒8,10]，且临床改善效果可能逊于tPA治疗[11]。

为了解决溶栓治疗中的技术瓶颈，临床亟需既能局部提升溶栓药物疗效、又可实现无药微创机械消栓的双重解决方案。在此背景下，超声溶栓（亦称超声增强溶栓）技术应运而生，该技术展现出优越的临床应用潜力，可同时满足上述双重需求[12‒13]。与连续波超声相比，脉冲超声（US）在体外溶栓中更为有效。通过产生惯性空化效应的组织分解脉冲能够有效溶解回缩血栓[14]，但其对纤维蛋白基质等细胞外结构的破坏作用相对有限，需联合低剂量溶栓药物协同治疗[15‒17]。微泡（MB）和纳米液滴（ND）等超声对比剂的使用可降低超声激发下的空化阈值，从而提高超声溶栓率[18‒22]。亚兆赫超声辐照或诊断成像频率超声可增强溶栓效果[23‒24]。然而，使用外部换能器或阵列进行治疗时，会受到生物组织引起的显著衰减和畸变的限制，如软组织导致的频率依赖性衰减以及骨骼的阻挡作用[23‒27]。呼吸运动可能导致皮肤与换能器界面间的声耦合不足，进而引发皮肤灼伤或血管损伤。此外，聚焦区与血管的显著尺寸差异可能在体内造成中度附带损伤，如凝固性坏死或出血[12,28‒29]。

近期，微型血管内换能器已被引入以实现高效的体外超声溶栓实验[18]。与传统的外部换能器不同，血管内换能器可以将声能直接输送到血栓部位。因此，MB介导的血管内超声溶栓在体外实验中可以更低的峰值负压实现，且初期离体测试[30]中未观察到血管壁损伤。此外，ND介导的超声溶栓在体外处理回缩性血栓时显示出更高的溶栓率[21,31‒32]。然而，治疗后残余静脉血栓（RVT）可能导致DVT复发[33‒36]。当前超声溶栓技术存在再通血管管径较小的局限性，而临床要求在初始治疗后六个月内血管管径需维持大于3 mm以防止血栓再发[33,37‒38]。因此，提高体外以及体内超声溶栓率对于减轻残余静脉血栓的影响至关重要。

本研究首次通过体内实验验证血管内多向换能器介导的超声溶栓技术。具体而言，我们研发了一种微型化四层PZT-5A（型号III 301，美国TRS Technologies公司）压电陶瓷堆叠结构（孔径尺寸1.4 mm × 1.4 mm），并将其集成至ND介导的导管中。该新型超声导管装置通过前视（FL）与侧视（SL）元件在体外及体内环境中进行了多向超声溶栓测试。体外实验结果显示，该装置可形成较大流通通道（直径D > 4 mm）；体内实验则成功治疗了长达9 cm的静脉血栓，表明该设备在临床超声溶栓应用中具有重要潜力。

2 材料与方法

2.1 换能器及导管的设计与制造

为开展体内治疗，我们制备了一种集成FL与SL换能器的血管内旋转导管[图1（a）]。首先制备了多向堆叠式换能器。由于单层换能器在孔径尺寸较小的情况下具有较高的电阻抗且声压输出效率较低，因此本研究对FL与SL换能器均采用四层堆叠设计，通过增加电容以降低电阻抗，该方法参考了文献[18]中报道的类似技术。该设计提升了与驱动电子器件的电阻抗兼容性，从而在相同输入条件下实现更高的声压输出。在叠层结构的制备中，因为PZT-5A具有高压电系数以及优异的性能表现，因此被选用作为活性层材料。换能器侧面采用氧化铝/环氧树脂（质量比1∶4）作为隔离层。FL与SL元件的设计中心频率为850 kHz，堆叠结构中每层厚度为250 μm。使用极化后的PZT-5A晶圆，研磨将其厚度加工至250 μm，并在表面沉积200/50 nm的氩/钛（Ar/Ti）双层金属作为电极。层间黏合采用导电银胶（E-Solder 3022，美国Von-Roll公司），通过定制夹具施加压力并将黏合层厚度精确控制在(25 ± 3) μm，以实现相邻层间的可靠连接。为构建高效声能穿透所需的声阻抗梯度，我们将氧化铝颗粒（50 nm, ALR-1005-01；美国Pace Technologies公司）与环氧树脂（体积比为25%；EPO-TEK 301；美国Epoxy Tech.公司）混合并进行离心处理。最终将匹配层厚度研磨至0.6 mm，以满足850 kHz设计频率的声学匹配要求。随后，使用切割机（DAD 304，日本DISCO公司）将堆叠结构的尺寸切割为1.4 mm × 1.4 mm，以适配10-Fr导管。图1（b）展示了导管的光学显微照片。在FL堆叠结构的背面，连接了一个类似结构的侧视元件。换能器侧面通过黏接氧化铝/环氧树脂层作为绝缘屏障，经24 h固化后实现较高电阻。随后，采用银胶在侧面形成电极，其电阻值低于1 Ω。接着，利用导电银胶（E-Solder 3022，美国Von-Roll公司）将FL与SL堆叠结构连接至共用同轴电缆。最后，使用聚对二甲苯涂覆机（SCS Labcoter，美国）在整个结构表面沉积13 μm厚的聚对二甲苯C层作为钝化层。利用COMSOL（版本5.5，美国COMSOL公司）中的对称模型对换能器的工作频率及压力输出进行仿真模拟与评估。换能器的设计参数及材料属性见表1。

为实现导管旋转功能，组装时为换能器配置了一根直径为200 μm的MB/ND注入管。然后将整体结构装配至内径为7-Fr、外径为10-Fr的钢制轴管中。在较低转速下，轴管与导管间的紧密黏接确保了旋转过程中的结构稳定性。完成组装后，首先采用13 μm厚聚对二甲苯涂层进行封装，随后再以环氧树脂进行二次密封。为精确控制导管旋转，钢制轴管通过三维（3D）打印联轴器（KP3型，创想三维科技有限公司）采用PLA线材（HATCHBOX，美国）与步进电机（Nema 17型，美国STEPPERONLINE公司）连接。步进电机进一步接入Arduino UNO主控板（意大利Ivrea公司）及步进电机驱动扩展板（电机/步进器/伺服扩展板；美国Adafruit公司）。为确保测试过程中电路安全，Arduino主控板与驱动扩展板均固定于3D打印外壳内。

2.2 堆叠式换能器性能测试

样机换能器的性能通过其电阻抗响应与声压输出进行测试[图2（a）]。在电阻抗测量中，我们将换能器连接至阻抗分析仪（4294A，美国安捷伦科技公司），在0.2~1.0 MHz频率范围内对其响应特性进行测量。在声压输出性能方面，我们利用函数发生器（33250A，美国安捷伦科技公司）产生每10 ms 10个周期的正弦脉冲[对应脉冲重复频率（PRF）为100 Hz]，随后通过射频功率放大器（75A250A，美国AR公司）进行信号放大（功率增益54 dB）后对换能器进行驱动。随后，信号经射频功率放大器（75A250A，美国AR公司）以54 dB功率增益放大后传输至换能器。声压输出则通过配备20 dB前置放大器（AH-2020，美国ONDA公司）的水听器（HGL-0085，美国ONDA公司）进行测量，并利用示波器（DSO7104B，美国安捷伦科技公司）采集数据。首先在焦点位置评估不同输入驱动电压下FL与SL换能器的声能传输效率。随后，采用三维运动平台在10 mm × 10 mm区域内扫描声压场分布，分别测量FL与SL元件的声压输出特性。

2.3 体外实验用血栓制备

体外亚急性血栓的制备参照先前文献报道的方法[32]。简而言之，首先采用内径5.6 mm的tygon管模拟深静脉结构[图2（b）]。由于tygon管与水之间的声阻抗没有显著差异，其对亚兆赫波具有良好透声性，在管腔内引起的声波反射可忽略。将枸橼酸葡萄糖（ACD）抗凝牛全血（美国Lampire Biological Laboratory 公司）与2.75% w/V氯化钙溶液（美国Fisher Scientific公司）按体积比10∶1混合后，注入tygon管通道并密封两端。将样本容器浸入37 ℃水浴中静置3 h，随后转移至4 ℃环境储存7天以确保血栓完全形成。每次实验使用长度为6 cm的血栓样本。通过对比血栓制备前后管道的重量变化估算血栓体积。

2.4 MB和ND的制备

本文采用全氟化碳MB及ND作为空化剂，其制备遵循文献[31]所述方法。简而言之，我们将1.5 mL脂质溶液封装于3 mL玻璃瓶（美国Fluoromed公司）中，通过气体置换工艺将瓶内顶部空气替换为十氟丁烷（DFB）气体。随后使用Vialmix装置（美国Lantheus Medical Imaging公司）将玻璃瓶振荡45 s，最终获得由磷脂外壳包裹DFB气芯的微泡制剂。该过程制备的微泡粒径范围为0.6~4.0 μm，平均直径为1.1 μm，浓度约为1 × 10¹⁰个∙mL^-1。ND的制备基于文献[31,39]所述方法，通过对自制的脂质外壳DFB微泡进行加压冷凝处理获得。具体而言，经振荡产生DFB微泡后，在压力（20 psi, 1 psi = 6.895 kPa）及低温（-13 ℃）条件下进行冷凝处理，最终获得以液态DFB为核心的纳米液滴。纳米滴液的粒径范围为250~600 nm，平均直径为330 nm，其浓度与微泡制剂相近（1 × 10¹⁰个∙mL^-1）。所有制剂均用无菌生理盐水稀释至1 × 10⁸个∙mL^-1，用于体外及体内实验。

2.5 亚急性血栓体外超声溶栓实验

采用相同规格的tygon管构建模拟血管流动模型[图2（b）]，将完全闭塞的血栓样本置于管内。通过调节储水箱高度控制液压，所有实验的压力均维持在0.5 kPa。静脉血流模型起始端为装载生理盐水的储水箱，生理盐水温度维持在(37.3 ± 0.3) ℃。溶栓实验期间，超声换能器由射频功率放大器（放大倍数为53 dB，型号为75A250A，美国AR RF/Microwave Instrumentation公司）驱动，相应的输入正弦波信号由函数发生器（型号为33250A，美国安捷伦科技公司）生成。以1 kHz PRF激发脉冲，每次脉冲包含25个周期，对应低占空比为5%，以防止导管表面温度显著升高。输入峰峰值电压（V _pp）为90 V，对应峰值负压输出设为2.5 MPa。采用双函数发生器实现5 s间歇式脉冲超声，确保治疗过程中对比剂的持续给药。导管推进速度控制在2 mm∙min^-1，转速为1 r∙min^-1。前视/侧视（FSL）换能器中前视元件的设计参数（包括元件尺寸、厚度及堆叠层数）与单前视换能器保持一致。体外实验中，FL与FSL换能器采用相同的输入参数（包括压力输出、脉冲持续时间、占空比、功率及MB/ND浓度），确保溶栓率和通道开通效果的等效对比。

为评估FSL换能器的性能，我们进行了三组实验：①无旋转的FL换能器；②无旋转的FSL换能器；③联合旋转的FSL换能器。每组实验均设立以下亚组评估溶栓率：①对照组；②单纯超声溶栓（US）；③微泡介导的超声溶栓（MB + US）；④纳米液滴介导的超声溶栓（ND + US）；⑤微泡/纳米液滴混合介导的超声溶栓（MB + ND + US）；⑥微泡/纳米液滴混合联合低剂量tPA的超声溶栓（MB + ND + US + tPA）。对于单一对比剂组（微泡或纳米液滴），其浓度均维持在10⁸个∙mL^-1，输注流速为100 μg∙min^-1。微泡/纳米液滴混合组中，纳米液滴与微泡的比例设为9∶1，总浓度保持在10⁸个∙mL^-1以确保等效对比。低剂量tPA治疗组的tPA浓度设定为0.1 mg∙mL^-1，总给药剂量为0.3 mg，给药持续30 min。实验设计中，以微泡的溶栓效果为基准，通过对比评估纳米液滴的效力，为后续体内测试提供依据。实验中添加少量微泡，以便于在测试期间对注射液流进行追踪，并增强B型超声成像下的对比效果。通过比较治疗前后血栓的质量减少量评估溶栓率。每组实验条件均重复四次测试以进行统计分析。采用单因素非平衡方差分析判断组间差异显著性，并基于Tukey诚实显著性差异检验（p < 0.05）评估不同换能器及不同对比剂组合的溶栓效率差异。

2.6 回缩血栓的体内超声溶栓试验

为验证导管引导超声溶栓技术的体内可行性，我们构建了猪深静脉血栓模型。评估项目如下：①超声实时引导监测；②导管置入与位置控制；③荧光透视法评估溶栓效果。实验采用与体外测试规格一致的原型导管，治疗装置与体外实验配置相同，包括双函数发生器、射频放大器及微量注射泵。根据现行深静脉血栓治疗指南，我们选择安全范围内的浓度[17,40‒41]，并添加低剂量的tPA（0.1 mg∙mL^-1，总给药剂量0.3 mg）[42‒44]。溶栓效果通过荧光透视图像（BV Endura，荷兰飞利浦公司）中对比剂流动扩散情况判定。

超声溶栓治疗过程中的参数设置（包括超声脉冲模式、MB与ND混合制剂浓度、tPA剂量及输注速率）均与体外疗效评估实验保持一致。首先获取治疗前荧光透视图像，确认血栓导致对比剂流动阻断。随后将原型导管插入导引鞘（9-Fr，美国Teleflex公司AK-09903-CDC型），并在荧光透视引导下将其尖端定位至目标血栓远端。将ND + MB + tPA混合制剂（总浓度为10⁸个∙mL^-1；ND/MB比例= 9∶1）以100 μL∙min^-1的速率注入，并施加5 s间歇脉冲超声处理。治疗过程中采用超声成像设备（Lumify L12-4型换能器，荷兰飞利浦公司）实时监测治疗状态。导管推进速度为3 mm∙min^-1，旋转速度为1 r∙min^-1。利用实时B型超声成像调整导管尖端位置，确保其稳定位于血栓前端的焦深范围内。在30 min治疗期间，C型臂位置保持固定，以便获取治疗后荧光透视图像。通过ImageJ软件（美国国立卫生研究院）分析治疗前后图像差异，量化血栓清除面积。

2.7 猪DVT体内模型

本研究方案已通过密歇根大学动物使用与护理委员会（IACUC）的伦理审查（批准号：IACUC #PRO00010822）。实验过程中严格遵守国际、国内及机构关于动物护理与使用的相关规范。

猪深静脉血栓模型的构建参照文献[44]所述方法。简要步骤如下：选用30~40 kg杂交家猪，经皮穿刺将9-Fr导引鞘（美国Teleflex公司AK-09903-CDC型）置入股静脉；在近心端（靠近心脏侧）鞘管内插入8-Fr球囊楔压导管（美国Teleflex公司AL-07128型）；另于远心端（远离心脏侧）经9-Fr导引鞘置入另一根8-Fr球囊导管。在超声引导下调整球囊尖端位置，使两球囊间距约为2 cm；充盈球囊以阻断血流，造成局部血流淤滞。通过远端导管注射凝血酶（500单位，美国ZymoGenetics公司RECOTHROM）以诱导高凝状态。在体内孵育2~3 h形成血栓。此后，通过超声成像确认血栓形成及血流阻断情况。撤除近端（靠近心脏侧）导管；将远端导管与导引鞘保留于原位以固定血栓。将远端导管及导引鞘埋置于皮下，防止血栓意外脱落。血栓在体内自然老化7天；对猪实施麻醉后，暴露9-Fr导引鞘，建立血栓远端的血管通路，通过导引鞘实施导管引导超声溶栓治疗。

3 结果

3.1 多向换能器性能表征

图3展示了治疗用换能器的实测结果。尽管由于制造误差导致部分谐振模式异常，但换能器的主谐振频率仍为850 kHz，电阻抗为71 Ω [图3（a）]，该特性与激励系统相匹配。在1 kHz频率下测得电容为1.9 nF，对应介电损耗为17 mU。FL与SL元件的压力输出如图3（b）所示，当输入电压为80 V的V _pp时，前视与侧视元件的峰值负压（PNP）分别为2.2 MPa与2.6 MPa，对应灵敏度分别为0.0275 MPa∙V^-1和0.0325 MPa∙V^-1。图3（c）展示了FSL换能器元件的压力场分布：前视元件的焦深为1.5 mm，-6 dB区域面积为5.3 mm²；侧视元件焦深为2 mm，-6 dB焦点区域面积为13.2 mm²。值得注意的是，由于SL元件的尺寸限制，匹配层略小于四分之一波长。尽管如此，该换能器在2 mm深度处仍能形成一个聚焦区，并产生较高的PNP。预计该压力水平足以从MB和ND中引发空化效应。

3.2 体外超声溶栓

体外实验结果如图4所示。首先通过比较FL换能器与FSL换能器以展示不同换能器的效果差异。最终结果很一致：所有经处理的FSL换能器均显示出优于不同对比剂组合处理的FL换能器的溶栓率。例如，由于ND + MB混合体系的存在，FSL换能器的溶栓率较FL换能器提高了32% [(12.1 ± 1.3) mg∙min^-1 vs (9.2 ± 0.9) mg∙min^-1]。在进一步比较有/无导管旋转的FSL换能器时也获得类似结论。与无旋转组相比，旋转组表现出溶栓率的持续提升。尤其在ND + MB混合组中，溶栓率从(12.1 ± 1.3) mg∙min^-1提升至(13.4 ± 1.5) mg∙min^-1，增幅达10%。

如图4所示，对比剂对亚急性血栓的超声溶栓效应存在显著差异。对于旋转FSL换能器，US + ND组的溶栓率（13.4 mg∙min^-1）较US + MB组（10.1 mg∙min^-1）提升超过30%。与此同时，US + ND + MB混合组的溶栓率与US + ND组相当。低剂量tPA的引入进一步提高了基础溶栓率，其中在US + ND + MB + tPA联合处理下，最高质量减少量可达51%，对应溶栓率达16.4 mg∙min^-1。综上，通过旋转式FSL换能器结合ND + MB介导的超声溶栓方案，在体外实验中获得了理想的溶栓效率。

3.3 回缩血栓的体外超声溶栓

体内实验结果详见表2。在四只实验猪模型中，通过以下方式验证超声效应：治疗前施加5 s测试脉冲序列，随后在导管置入的股静脉成像中观察到超声干涉条纹[图5（a）与（b）]。通过5 s测试脉冲期间导管尖端超声散射信号的增强[图5（c）]，进一步确认了ND + MB + tPA混合物的成功输注。如图5（绿色箭头）所示，侧视元件引发的血栓蚀损效应在超声成像中呈现为低散射区域。

通过荧光透视检查可见，四只实验猪中有两只（猪1和3）在超声溶栓术后实现了血流复通与改善（图6首排图像）。同时，彩色多普勒超声成像进一步在猪3中验证了血流恢复（图6末排影像）。具体而言，猪1与猪3的血栓长度分别为9 cm与14 cm。其中猪3的血栓平均溶解区域预估直径为5.3 mm。猪2和猪4的实验中遇到技术问题。在猪2实验中，目标血栓向近端延伸至髂静脉和下腔静脉，由于原型导管的长度有限，导致治疗覆盖范围不足。在猪4实验中，当原型导管被插入导引鞘时，换能器单元从导管外壳脱离并发生电气断开。这些实验虽然验证了该技术的概念和可行性，但仍需在器械设计和血栓形成（如限制血栓长度以实现完全治疗）以及换能器防脱落等方面进行技术改进。

4 讨论

本研究证明了旋转式多向导管用于体外和体内回缩血栓超声溶栓的可行性。在对照组中，带有旋转功能的FSL与其他两种方案相比差异极小（< 10%），这表明导管旋转本身对血栓溶解率的影响可忽略不计。此外，所有FSL组的效果均优于FL组；这可能归因于FL换能器对FL元件处理后残留在导管侧壁的血栓的持续作用。导管旋转显著提高了SL元件的效率，该现象在所有旋转式FSL组中均被观察到，但在非旋转式FSL组中未出现。尤其值得注意的是，在旋转式FSL治疗下，US联合ND、MB及tPA组的溶栓率差异最为显著（较非旋转式FSL提高31%）。纳米液滴介导的超声溶栓产生的血栓碎片分布呈安全模式，与既往体外[30]及活体实验[44‒45]结果一致。在4 mm通道的血管再通过程中，未发现下游栓塞证据，且所有实验猪均存活，进一步佐证了该技术的安全性。血栓碎片粒径评估将纳入后续研究。

除换能器自身作用外，ND与低剂量tPA的协同效应亦得到验证。US + ND组的溶栓率比US + MB组高出30%。这些结果表明，对于回缩血栓，ND介导的超声溶栓可能优于MB介导的超声溶栓，与既往研究结论[31‒32]一致。在US + ND组与US + ND + MB组的对比中，所有FL、旋转式FSL及非旋转式FSL实验组均观察到相似的溶栓率。该结果印证了ND与少量MB混合时对回缩血栓超声溶栓的增效作用更为显著，且ND与MB的配比关系中，ND占主导效应。所有实验组中，采用FSL旋转治疗的MB + ND + tPA组达到最高溶栓率——血栓质量减少52%，对应溶栓速率约16 mg∙min^-1。相较于非旋转治疗，FSL旋转治疗使溶栓率额外提升10%，改善幅度显著。然而，FSL的旋转操作导致标准偏差增加了7.1%，这表明导管旋转对超声溶栓疗效引入了更高的随机性影响。在体外研究中，旋转FSL在所有实验组中均呈现溶栓率提升的一致趋势。此外，ND介导的超声溶栓对回缩血栓的疗效优于MB介导的方案，其中MB + ND + tPA联合旋转式FSL治疗达到最高溶栓率，且显著优于非旋转式治疗。这为后续活体实验提供了方向依据。

本活体可行性研究为导管引导超声溶栓技术提供了关键数据，对后续技术开发具有指导意义。首先，MB + ND混合剂可作为超声增强DVT治疗的高效空化剂，ND介导的空化可引发血栓内部侵蚀，促进回缩血栓的溶解[31‒32]。本研究进一步证实，MB + ND混合剂在降低ND汽化阈值的同时保留了该优势，且便于输注过程监测。其次，相较于既往超声增强溶栓技术，本研究使用的tPA剂量显著降低（降幅超90%，即< 10%）[46]，有望减少出血并发症。前期组织学检测表明，该技术在离体条件下不会对血管壁造成机械损伤或热损伤[30]，本文的活体实验中，四头实验猪均未观察到出血或渗血迹象。然而，鉴于导管结构复杂性、推进系统操作及更高激发压力的应用，需对该技术的安全性进行严格的再评估。未来研究应聚焦于活体体内温度变化监测与血管组织学分析，以更全面评估该技术的安全性。

尽管FSL换能器能在30 min内创建4 mm通道，但更大直径的通道更有利于预防血管再闭塞。研究进一步明确了未来活体实验及临床应用需改进的关键方向：①将换能器单元装配至柔性导管尖端并配备软轴护套，避免导管插入及弯曲过程中的屈曲与移位；②增设侧向MB/ND注射端口，提升残余血栓区域的超声溶栓效率；③量化导管手动推进效应，将其与空化增强溶栓作用区分以明确超声溶栓的真实疗效。活体实验中，导管通过沿鞘管方向定位实现导向，此方法适用于较短的股静脉环境；但针对临床中更长的血栓，未来导管设计需整合导丝系统，并与MB/ND注射腔并行植入。综上，本研究证实血管内超声溶栓的可行性，具体表现为可实时超声监控MB + ND输注状态与脉冲参数、部分血流恢复，此外，可在治疗中精准调控导管进给速率与尖端位置，且治疗后静脉血流成功复通。

5 结论

本研究展示了一种中心频率为850 kHz的微型多向换能器的设计、制备与性能表征，该装置专用于血管内超声溶栓。在80 V峰值电压驱动下，其前视与侧视元件均可产生超过2.2 MPa的峰值负压。通过将换能器集成至轴式导管实现导管电动旋转，并在体外实验中完成不同对比剂的超声溶栓测试。使用携带MB-ND及低剂量tPA的旋转式FSL换能器进行活体亚急性血栓治疗，验证其溶栓效能。在体外实验中，ND + MB + 低剂量tPA组的旋转多向导管显著改善了溶栓效果——回缩血栓质量减少了52%，溶栓率较非旋转式FL换能器治疗组提高37%。活体实验中，四头携带大于9 cm亚急性血栓的实验猪中有两头通过荧光透视与彩色多普勒超声图像检测到血流恢复。总体而言，本导管引导超声溶栓技术的初步研究展现出积极成果，未来工作将聚焦于空化检测、实时成像引导及技术安全性优化。

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