No abstract

No abstract

No abstract

Objective: Boiling histotripsy (BH) is a novel high intensity focused ultrasound (HIFU) application currently being developed for non-invasive mechanical fractionation of soft tissues and large hematomas. In the context of development of BH treatment planning approaches for ablating targets adjacent to gas-containing organs, this study aimed at investigation of the ultrasound pressure thresholds of atomization-induced damage to the tissue-air interface and correlation of the danger zone dimensions with spatial structure of nonlinear HIFU field parameters. Approach: A flat interface with air of freshly clotted bovine blood was used as an ex vivo model due to its homogenous structure and higher susceptibility to ultrasound-induced mechanical damage compared to soft tissues. Three 1.5 MHz transducers of different F-numbers (0.77, 1 and 1.5) were focused at various distances before or beyond a flat clot surface, and a BH exposure was delivered either at constant, high-amplitude output level, or at gradually increasing level until a visible damage to the clot surface occurred. The HIFU pressure field parameters at the clot surface were determined through a combination of hydrophone measurements in water, forward wave propagation simulation using “HIFU beam” software and an image source method to account for the wave reflection from the clot surface and formation of a standing wave. The iso-levels of peak negative pressure in the resulting HIFU field were correlated to the outlines of surface erosion to identify the danger zone around the BH focus. Main results: The outline of the danger zone was shown to differ from that of a typical BH lesion produced in a volume of clot material. In the prefocal area, the zone was confined within the 4 MPa contour of the incident peak-to-peak pressure; within the main focal lobe it was determined by the maximum BH lesion width, and in the postfocal area – by the transverse size of the focal lobe and position of the first postfocal pressure axial null. Significance: The incident HIFU pressure-based danger zone boundaries were outlined around the BH focus and can be superimposed onto in-treatment ultrasound image to avoid damage to adjacent gas-containing bodies.

1 ФГБОУ ВО Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет, Москва, Россия 2 Департамент гастроэнтерологии медицинской школы Университета штата Вашингтон, Сиэтл, США 3 Центр промышленного и медицинского ультразвука при лаборатории прикладной физики Университета штата Вашингтон, Сиэтл, США 4 ФГБОУ ВО Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, факультет фундаментальной медицины, Москва, Россия Введение. Для отсроченного проведения исследований по акустическому воздействию на образцы коагулированной крови как модели внутренних гематом человека необходимо определение способа ее хранения, минимизирующего изменения ее морфологических характеристик. Цель работы -сравнение различных способов и оценка допустимого времени хранения жидкой и коагулированной цельной крови с использованием методов ультраструктурного анализа. Материалы и методы. В качестве образцов жидкой крови использовали цельную человеческую кровь, хранившуюся в течение 7 суток с антикоагулянтом цитрат-фосфат-декстроза (ЦФД) и в течение 9 суток с добавлением солевого раствора аденин-глюкоза-маннит (САГМ). Для моделирования гематом применяли свиную кровь, коагулированную естественным образом сразу после забора и затем хранившуюся в течение 2 суток в полиакриламидном геле, физиологическом растворе и геле из агара. Каждые сутки осуществляли забор содержимого образцов, его подготовку и анализ с помощью сканирующей электронной микроскопии. При хранении цельной крови с антикоагулянтом также каждый день проверяли возможность и скорость ее коагуляции путем добавления 25 ммоль раствора CaCl 2 . Результаты. Было показано, что в течение 5 суток хранения цельной крови в ЦФД изменения морфологических свойств эритроцитов проявляются незначительно вне зависимости от присутствия САГМ. К 7-м суткам заметно растет степень эхиноцитоза и агрегации эритроцитов, что несколько сдерживается добавлением САГМ. Время свертывания крови с помощью раствора не изменялось в течение срока хранения и находилось в пределах 10-12 минут при температуре +37°С. Также выявлено, что при хранении коагулированной крови в геле из агара морфология клеток сохраняется. Хранение в физиологическом растворе приводит к уменьшению видимой части фибриновых волокон, а в полиакриламидном геле -к заметному гемолизу уже спустя сутки хранения. Заключение. С целью отсроченного использования сгустков цельной крови при сохранении ее морфологических характеристик предпочтительны либо хранение цельной крови в некоагулированном состоянии и коагуляция непосредственно перед исследованием, либо хранение сгустков крови в контейнере из агарового геля. Ключевые слова: хранение крови, антикоагулянт, цитрат-фосфат-декстроза, солевой раствор аденинглюкоза-маннит, гематома, сканирующая электронная микроскопия, гистотрипсия. Для корреспонденции: Ксения Дмитриевна Топчу.