Моделирование окклюзии бедренной артерии кроликов высокоинтенсивным фокусированным ультразвуком

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

1. Fallon JT, Stehbens WE, Eggleton RC. Effect of ultrasound on arteries. Arch Pathol. 1972(94):380-388.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. Vaezy S, Martin R, Kaczkowski P et al. Use of highintensity focused ultrasound to control bleeding. J Vasc Surg. 1999;29(3):533-542.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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: 10.24931/2413-9432-2022-11-2-12-22

12. 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.

13. 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.

14. Hynynen K, Colucci V, Chung A, Jolesz F. Noninvasive arterial occlusion using MRI-guided focused ultrasound. Ultrasound Med Biol. 1996;22(8):1071-1077.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.