microcirculationРегионарное кровообращение и микроциркуляцияRegional blood circulation and microcirculation1682-66552712-9756Academician I.P. Pavlov First St. Petersburg State Medical University10.24884/1682-6655-2024-23-2-67-73microcirculation-1316Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ)ORIGINAL ARTICLES (EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS)Моделирование окклюзии бедренной артерии кроликов высокоинтенсивным фокусированным ультразвукомModeling of rabbit femoral artery occlusion by high-intensity focused ultrasoundМелоянС. Г.MeloianS. G.

Мелоян Севак Гагикович – специалист по учебно-методической работе кафедры патофизиологии с курсом клинической патофизиологии

197022,  Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, д. 6-8

 

 

Meloian Sevak G. – Specialist in Educational and Methodological Work, Department of Pathophysiology with Course of Clinical Pathophysiology

6-8, L’va Tolstogo str., Saint Petersburg,  197022

sevak.meloyan@mail.ruБеляковаА. А.BeliakovaA. A.

Белякова Анастасия Андреевна – инженер отдела передовых медицинских технологий

195251,  Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29

Beliakova Anastasia A. – Engineer of the Department of Advanced Medical Technologies 

29, Politekhnicheskaya str., Saint Petersburg, 195251

nastyabvk98@gmail.comБерковичА. Е.BerkovichA. E.

Беркович Александр Ефимович – генеральный директор

194100,  Санкт-Петербург, Лесной пр., д. 63, лит. А

Berkovich Aleksandr E. – Director General

63, litera A, Lesnoj pr., Saint Petersburg,  194100

aeberkovich@yandex.ruГришачеваТ. Г.GrishachevaT. G.

Гришачева Татьяна Георгиевна – канд. биол. наук, старший научный сотрудник центра лазерной медицины

197022, Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, д. 6-8

Grishacheva Tatyana G. – Candidate (PhD) of Biological Sciences, Senior Researcher, Laser Medicine Center

6-8, L’va Tolstogo str., Saint Petersburg, 197022

tgrishacheva@gmail.comЖуравскийС. Г.ZhuravskiiS. G.

Журавский Сергей Григорьевич – д-р мед. наук, в. н. с. – руководитель научно-исследовательской группы экспериментальной патоморфологии института экспериментальной медицины

197341,  Санкт-Петербург, ул. Аккуратова, д. 2 

Zhuravskii Sergei G. – Doctor of Medical Sciences, Lead Researcher, Head, Research Group of Experimental Pathomorphology

2, Akkuratova str., Saint Petersburg, 197341

s.jour@mail.ruЧефуС. Г.ChefuS. G.

Чефу Светлана Григорьевна – канд. биол. наук, заведующая Нил экспериментальных исследований центра лазерной медицины 

197022,  Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, д. 6-8

Chefu Svetlana G. – Candidate (PhD) of Biological Sciences, Head, Scientific Laboratory of Experimental Studies, Laser Medicine Center

6-8, L’va Tolstogo str., Saint Petersburg, 197022

chefusveta@yandex.ruИвкинД. Ю.IvkinD. Yu.

Ивкин Дмитрий Юрьевич – канд. биол. наук, доцент

197376,  Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 14, лит. А

Ivkin Dmitrii Yu. – Candidate (PhD) of Biological Sciences, Assoc. Prof.

14, litera A, Professora Popova str., Saint Petersburg,  197376

dmitry.ivkin@pharminnotech.comПетрищевН. Н.PetrishchevN. N.

Петрищев Николай Николаевич – д-р мед. наук, профессор кафедры патофизиологии с курсом клинической патофизиологии

197022, Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, д. 6-8

Petrishchev Nickolay N. – Doctor of Medical Sciences, Professor, Department of Pathophysiology with a Course of Clinical Pathophysiology

6-8, L’va Tolstogo str., Saint Petersburg,  197022

 

lasmed@yandex.ruФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияPavlov UniversityRussian FederationФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»РоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian FederationООО «Медико-техническая лаборатория»РоссияMedical and Technical Laboratory, ОООRussian FederationФедеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени В. А. Алмазова» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияAlmazov National Medical Research CentreRussian FederationФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияSaint Petersburg State Chemical Pharmaceutical UniversityRussian FederationФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияPavlov UniversityRussian Federation2024300620242326773Copyright © Мелоян С.Г., Белякова А.А., Беркович А.Е., Гришачева Т.Г., Журавский С.Г., Чефу С.Г., Ивкин Д.Ю., Петрищев Н.Н., 20242024Мелоян С.Г., Белякова А.А., Беркович А.Е., Гришачева Т.Г., Журавский С.Г., Чефу С.Г., Ивкин Д.Ю., Петрищев Н.Н.Meloian S.G., Beliakova A.A., Berkovich A.E., Grishacheva T.G., Zhuravskii S.G., Chefu S.G., Ivkin D.Y., Petrishchev N.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.microcirc.ru/jour/article/view/1316

Одним из эффективных методов окклюзии артерии и вен, применяемых в экспериментальных исследованиях и в клинике при некоторых заболеваниях, является локальное воздействие на сосуды высокоинтенсивного фокусированного ультразвука (HIFU). Широкое применение этого метода в нашей стране ограничено отсутствием соответствующей отечественной аппаратуры. В Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого, в лаборатории Ультразвуковых технологий в Центре перспективных исследований разработан стенд для HIFU-воздействий на различные биологические объекты. Опыта применения этой установки в ангиологии пока нет. Целью нашего исследования было выяснить возможность использования высокотехнологичного мобильного медицинского устройства для ультразвуковой диагностики и персонализированной HIFU-терапии «Медуза 008» для моделирования окклюзии сосудов и остановки кровотока в период облучения. Материал и методы. Объект исследования – бедренная артерия кролика. Источник HIFU – высокотехнологичное мобильное медицинское устройство для ультразвуковой диагностики и персонализированной HIFU-терапии «Медуза 008»; частота излучения 2 МГц (опытный образец). В работе были использованы следующие режимы облучения: длительность – 50 мс, пауза между воздействиями – 10 мс, количество импульсов – 20, 30, 40 . Этим режимам соответствовали следующие значения энергии: 58 Дж, 87 Дж, 116 Дж. Облучение бедренной артерии наркотизированного кролика производили чрескожно. Визуализацию артерий и измерение скорости кровотока осуществляли ультразвуковым методом. По данным ультразвукового исследования после облучения HIFU отмечалась остановка кровотока в артерии. Фактором, способствующим окклюзии артерии, является остановка кровотока во время облучения. При гистологическом исследовании участка артерии, подвергшегося облучению, выявлены структурные изменения во всех слоях сосудистой стенки. Результаты. Облучения HIFU с интенсивностью 87 и 116 Дж оказывают выраженное дозозависимое деструктивное воздействие на стенку артерии мышечного типа. Более интенсивное повреждающее воздействие (116 Дж) вызывает некроз гладкомышечных клеток. Время прямого воздействия на структуры стенки сосуда не превышало 3 с. В процессе эксперимента установлено, что HIFU в использованных режимах вызывает повышение температуры до 45–60 оС, что достаточно для термического повреждения клеток в зоне облучения. Заключение. Таким образом, в результате проведенных экспериментов показано, что высокотехнологичное мобильное медицинское устройство для ультразвуковой диагностики и персонализированной HIFU-терапии «Медуза 008» может быть использовано для моделирования окклюзии сосудов

One of the effective methods of artery and vein occlusion used in experimental studies and in clinical practice for certain diseases is local exposure of vessels to high-intensity focused ultrasound (HIFU). The wide use of this method in our country is limited by the lack of appropriate domestic equipment. At the Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, in the Laboratory of Ultrasound Technologies of the Center for Advanced Research, a stand for HIFU effects on various biological objects has been developed. There is no experience in using this device in angiology yet. The purpose of our research was to study the possibility of using Medusa 008, a high-tech mobile medical device designed for ultrasound diagnosis and personalized HIFU therapy, to model vascular occlusion and stop blood flow during irradiation. Materials and methods. The object of the study is the femoral artery of a rabbit. The source of HIFU is Medusa 008, the high-tech mobile medical device designed for ultrasound diagnostics and personalized HIFU-therapy with radiation frequency of 2 MHz (prototype). The following irradiation modes were used in the research: irradiation duration - 50 ms, pause between exposures – 10 ms, number of pulses – 20, 30, 40. The following energy values corresponded to these modes: 58 J, 87 J, 116 J. Irradiation of the femoral artery of an anesthetized rabbit was performed percutaneously. We used ultrasound to visualize the arteries and measure the blood flow velocity. According to ultrasound data, after HIFU irradiation, blood flow in the artery stopped. The factor contributing to arterial occlusion is the cessation of blood flow during irradiation. A histological examination of the area of the irradiated artery revealed structural changes in all layers of the vascular wall. Results. HIFU irradiation with intensity of 87 and 116 J has a significant dose-dependent destructive effect on the muscular arterial wall. The more intense damaging irradiation (116 J) causes smooth muscle cell necrosis. The time of direct influence on the vessel wall structures did not exceed 3 sec. During the experiment, we found that HIFU in the used modes causes temperature increase up to 45–60 оC, which is enough for thermal damage of cells in the irradiation zone. Conclusion. Thus, as a result of the above experiments, it was shown that Medusa 008, the high-tech mobile medical device designed for ultrasound diagnostics and personalized HIFU-therapy can be used to simulate vascular occlusion.

высокоинтенсивный фокусированный ультразвук (HIFU)HIFU-технологияHIFU в ангиологииHIFU-индуцированная окклюзия артерийhigh-intensity focused ultrasound (HIFU)HIFU technologyHIFU in angiologyHIFU induced arterial occlusionReferencesFallon JT, Stehbens WE, Eggleton RC. Effect of ultrasound on arteries. Arch Pathol. 1972(94):380-388.Fallon JT, Stehbens WE, Eggleton RC. Effect of ultrasound on arteries. Arch Pathol. 1972(94):380-388.Denbow ML, Rivens IH, Rowland IJ et al. Preclinical development of noninvasive vascular occlusion with focused ultrasonic surgery for fetal therapy. Am J Obstet Gynecol. 2000(182):387-392.Denbow ML, Rivens IH, Rowland IJ et al. Preclinical development of noninvasive vascular occlusion with focused ultrasonic surgery for fetal therapy. Am J Obstet Gynecol. 2000(182):387-392.Goertz DE. An overview of the influence of therapeutic ultrasound exposures on the vasculature: High intensity ultrasound and microbubble-mediated bioeffects. Int J Hyperthermia. 2015;31(2):134-144. Doi: 10.3109/02656736.2015.1009179.Goertz DE. An overview of the influence of therapeutic ultrasound exposures on the vasculature: High intensity ultrasound and microbubble-mediated bioeffects. Int J Hyperthermia. 2015;31(2):134-144. Doi: 10.3109/02656736.2015.1009179.Zderic V, Keshavarzi A, Noble ML et al. Hemorrhage control in arteries using high-intensity focused ultrasound: A survival study. Ultrasonics. 2006;44:46-53.Zderic V, Keshavarzi A, Noble ML et al. Hemorrhage control in arteries using high-intensity focused ultrasound: A survival study. Ultrasonics. 2006;44:46-53.Vaezy S, Martin R, Kaczkowski P et al. Use of highintensity focused ultrasound to control bleeding. J Vasc Surg. 1999;29(3):533-542.Vaezy S, Martin R, Kaczkowski P et al. Use of highintensity focused ultrasound to control bleeding. J Vasc Surg. 1999;29(3):533-542.Groen MHA, Slieker FJB, Vink A, de Borst GJ, Simons MV, Ebbini ES, Doevendans PA, Hazenberg CEVB, van Es R. Safety and feasibility of arterial wall targeting with robot-assisted high intensity focused ultrasound: a preclinical study. Int J Hyperthermia. 2020;37(1):903-912. Doi: 10.1080/02656736.2020.1795278.Groen MHA, Slieker FJB, Vink A, de Borst GJ, Simons MV, Ebbini ES, Doevendans PA, Hazenberg CEVB, van Es R. Safety and feasibility of arterial wall targeting with robot-assisted high intensity focused ultrasound: a preclinical study. Int J Hyperthermia. 2020;37(1):903-912. Doi: 10.1080/02656736.2020.1795278.Barnat N, Grisey A, Lecuelle B, Anquez J, Gerold B, Yon S, Aubry JF. Noninvasive vascular occlusion with HIFU for venous insufficiency treatment: preclinical feasibility experience in rabbits. Phys Med Biol. 2019;64(2):025003. Doi: 10.1088/1361-6560/aaf58d.Barnat N, Grisey A, Lecuelle B, Anquez J, Gerold B, Yon S, Aubry JF. Noninvasive vascular occlusion with HIFU for venous insufficiency treatment: preclinical feasibility experience in rabbits. Phys Med Biol. 2019;64(2):025003. Doi: 10.1088/1361-6560/aaf58d.Белозерцева И.В. Руководство по использованию лабораторных животных для научных и учебных целей в ПСПбГМУ им. И.П. Павлова. – СПб.: Изд-во Издательский центр Спб ПГМУ, 2014 г. – 80 с.Belozertseva IV. Guidelines for the use of laboratory animals for scientific and educational purposes at PSPbSMU named after I.P. Pavlov. Saint-Petersburg, Publishing house St. Petersburg State Medical University Publishing Center, 2014:80. (in Russ.).Журавский С.Г., Юкина Г.Ю., Паневин А.А. и др. Морфологический способ оценки биораспределения хитозан-содержащих соединений гистохимической реакцией по Грокотт // Трансляц. мед. – 2017. – Т. 4, № 1. – С. 63–70.Zhuravsky SG, Yukina GYu, Panevin AA, Pochkaeva EI, Skorik YuA, Sonin DL. Morphological method for assessing the biodistribution of chitosan-containing compounds by histochemical reaction according to Grocott. Transl Med. 2017; 4(1):63-70. (in Russ.).Guntur SR, Choi MJ. An improved tissue-mimicking polyacrylamide hydrogel phantom for visualizing thermal lesions with high-intensity focused ultrasound. Ultrasound Med Biol. 2014;40(11):2680-2691. Doi: 10.1016/j.ultrasmedbio.2014.06.010.Guntur SR, Choi MJ. An improved tissue-mimicking polyacrylamide hydrogel phantom for visualizing thermal lesions with high-intensity focused ultrasound. Ultrasound Med Biol. 2014;40(11):2680-2691. Doi: 10.1016/j.ultrasmedbio.2014.06.010.Острейко О.В., Галкин М.А., Папаян Г.В. и др. Применение биофантомов для оценки термических эффектов лазерного излучения с длинами волн 970 нм и 1560 нм при разных режимах воздействия // Biomedical Photonics. – 2022. – Т. 11, № 2. – С. 12–22. Doi: 10.24931/2413-9432-2022-11-2-12-22Ostreiko OV, Galkin MA, Papayan GV, Grishacheva TG, Petrishchev NN. Application of biophantomes to evaluate the thermal effects of laser radiation with wavelengths of 970 nm and 1560 nm under different exposure modes. Biomedical Photonics. 2022;11(2):12-22. (in Russ.) Doi: 10.24931/2413-9432-2022-11-2-12-22.Gryzunov V, Kim Y, Furash I, Gaponenko I, Kuchinskaia S, Naumova P, Tkhai D, Gunina A, Oganyan K. Heat and shock wave effects of HIFU on tissue-equivalent phantom. DSF. 2020;40(1):20-26.Gryzunov V, Kim Y, Furash I, Gaponenko I, Kuchinskaia S, Naumova P, Tkhai D, Gunina A, Oganyan K. Heat and shock wave effects of HIFU on tissue-equivalent phantom. DSF. 2020;40(1):20-26.Петрищев Н.Н., Цибин А.Ю., Семенов Д.Ю. и др. Применение фокусированного ультразвука высокой интенсивности для облитерации вен в эксперименте // Патол. физиол. и эксперим. тер. – 2016. – Т. 60, № 1. – С. 89–93.Petrishchev NN, Tsibin AU, Semenov DU, Berkovich AE et al. Primenenie fokusirovannogo ultrazvuka visokoi intensivnosti dlya obliteracii ven v eksperimente. Pathol Physiol Experim Ther. 2016;60(1):89-93. (in Russ.).Hynynen K, Colucci V, Chung A, Jolesz F. Noninvasive arterial occlusion using MRI-guided focused ultrasound. Ultrasound Med Biol. 1996;22(8):1071-1077.Hynynen K, Colucci V, Chung A, Jolesz F. Noninvasive arterial occlusion using MRI-guided focused ultrasound. Ultrasound Med Biol. 1996;22(8):1071-1077.Mitsuyoshi I, Sasaki K, Umemura S-i, Kushima M, Okai T. Blood flow occlusion via ultrasound image-guided high-intensity focused ultrasound and its effect on tissue perfusion. Ultrasound Med Biol. 2007;33(3):452-459. Doi: 10.1016/j.ultrasmedbio.2006.08.016.Mitsuyoshi I, Sasaki K, Umemura S-i, Kushima M, Okai T. Blood flow occlusion via ultrasound image-guided high-intensity focused ultrasound and its effect on tissue perfusion. Ultrasound Med Biol. 2007;33(3):452-459. Doi: 10.1016/j.ultrasmedbio.2006.08.016.Liu Y, Maruvada S, Herman BA, Harris GR. Egg white as a blood coagulation surrogate. J Acoust Soc Am. 2010; 128(1):480-489. Doi: 10.1121/1.3442361.Liu Y, Maruvada S, Herman BA, Harris GR. Egg white as a blood coagulation surrogate. J Acoust Soc Am. 2010; 128(1):480-489. Doi: 10.1121/1.3442361.Петрищев Н.Н., Семенов Д.Ю., Цибин А.Ю. и др. Применение HIFU-технологии в ангиологии // Вестн. хир. им. И.И. Грекова. – 2017. – Т. 176, № 5. – С. 101–105.Petrishchev NN, Semyonov DYu, Tsibin AYu, Berkovich AE, Bursian AA. Application of HIFU technology in angiology. Grekov’s Bull Surg. 2017;176(5):101-105. (In Russ.)]. Doi: 10.24884/0042-4625-2017-176-5-101-105.Park S, Pham NT, Huynh HT, Kang HW. Development of temperature controller-integrated portable HIFU driver for thermal coagulation. Biomed Eng Online. 2019;18(1):77. Doi: 10.1186/s12938-019-0697-3.Park S, Pham NT, Huynh HT, Kang HW. Development of temperature controller-integrated portable HIFU driver for thermal coagulation. Biomed Eng Online. 2019;18(1):77. Doi: 10.1186/s12938-019-0697-3.Цибин А.Ю., Беркович А.Е., Бурсиан А.А. и др. Экспериментальное обоснование применения HIFU-технологии в лечении варикозной болезни нижних конечностей // Мед. техника. – 2022. – № 2. – С. 34–36.Tsibin AYu, Berkovich AE, Bursian AA, Ulimbasheva ZM, Vakhitov MSh. Experimental substantiation of the use of HIFU technology in the treatment of varicose veins of the lower extremities. Med Equipment. 2022;(2):34-36. (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.