超声在缺血性脑卒中治疗中的应用研究进展

张梦霓综述，邹建中审校

（重庆医科大学生物医学工程学院/省部共建国家重点实验室培育基地——重庆市超声医学工程重点实验室/重庆市生物医学工程学重点实验室，重庆400016）

超声在缺血性脑卒中治疗中的应用研究进展

张梦霓综述，邹建中审校

（重庆医科大学生物医学工程学院/省部共建国家重点实验室培育基地——重庆市超声医学工程重点实验室/重庆市生物医学工程学重点实验室，重庆400016）

卒中；缺血；超声检查，多普勒；颅内栓塞；综述

缺血性脑卒中目前已经成为严重危害人类健康的疾病之一，引起神经功能缺失、残疾甚至死亡。由于缺血性脑卒中对治疗时间窗的限制，到目前为止，在发病的3 h内重组组织型纤溶酶原（rtPA）仍是急性缺血性脑卒中唯一有循证医学根据的治疗方法，而且只有不到50%患者能够达到完全的血管再通，同时，溶栓后还具有较大的出血风险。超声作为一种成熟的诊断技术已经渗透到医学的众多领域，超声治疗技术也在不断地发展。超声是一种新型的溶栓方式，在20世纪70年代就已经有了血管内高频超声照射溶栓的报道。近年来，超声在缺血性脑卒中的研究取得了一些新进展，超声联合药物、超声造影剂联合溶栓，甚至单独运用高强度聚焦超声（HIFU）等不同方式均成为超声溶栓的研究热点。但在研究过程中各研究学者观点不一。本文希望通过对目前超声在缺血性脑卒中治疗研究成果的展示，为临床研究提供一定的参考，为广大缺血性脑卒中患者带来希望。

1 低频低强度超声在溶栓中的应用

1.1 辅助药物溶栓超声联合药物辅助溶栓技术是最早研究的超声溶栓方式，主要机制是利用超声辐照提高纤溶酶原激活物在血凝块部位的渗透性，并直接通过机械效应导致纤维蛋白结构的破坏，同时增加血凝块表面与溶栓药物的结合酶，已有研究证实，超声联合辅助溶栓不仅提高血管再通率，对临床症状的改善也有明显改善[1-2]。

目前，超声联合药物辅助溶栓的大量动物及人体临床试验都证明，超声联合溶栓药物对缺血性脑卒中的治疗作用以及安全性较单独运用溶栓药物更具促进作用。19世纪70年代，有研究发现超声可以穿透颅骨，为以后超声在颅内疾病的研究奠定了基础。随后大量科研工作者发现低频超声更容易穿透颅骨，并开启了超声辅助溶栓技术的研究；经颅多普勒超声目前在临床上不仅对诊断缺血性脑卒中及适时监控血栓溶解情况有重要作用[3]，而且近几年来许多学者也将超声联合tPA与单独运用tPA的溶栓效果进行了比较研究。Alexandrov[4]在2009年进行的研究中发现，经颅多普勒超声联合tPA的溶栓率较单独运用tPA溶栓率更高。2011年赵斌等[5]对60例脑梗死患者的随机对照试验不仅得出超声辅助溶栓率提高，而且监测治疗后7 d及14 d超声组的血浆二聚体及血浆纤维蛋白原下降较单独使用尿激酶更明显，证实超声可能在改善患者预后方面有显著作用。在最近的一个临床三期疗效研究中，Andrew等[6]选取20例近端颅内栓塞患者，静脉注射tPA不久后给予2 MHz的脉冲超声辐照2 h，结果表明，在超声辐照停止后未出现不良反应及出血症状，40%患者完全再通，10%患者部分再通；90 d后再次观察发现25%患者改良Pankin量表达到了0～1分。我国学者张文君等[7]在治疗后1、2、3、10、21、28 d连续评价神经功能缺损评分发现，超声（800 kHz）辅助尿激酶组得分均较高，明显改善脑梗死的预后。2012年Ricci等[8]通过选取5个合适的超声溶栓研究并加以分析，也得出超声溶栓技术降低了术后3个月的病死率，并未发现明显不良反应的结论。以上学者的研究结果均提示，超声不仅具有辅助溶栓的作用，对患者预后也产生了重要影响，且降低了大量应用溶栓药物后所引起的出血风险。Barlinn等[9]的研究表明，超声辐照可以保存血-脑脊液屏障的完整性，对降低术后出血风险起着重要作用。

超声联合药物溶栓是否会增加出血风险目前尚有争议。Eggers等[10]通过对比研究发现，联合应用治疗的部分血管再通率及完全血管再通率均明显高于单独运用tPA，但同时药物联合超声组的出血率增加。然而我国学者宋玉强等[11]观察低频超声（800 kHz）联合尿激酶静脉溶栓治疗大鼠脑梗死的疗效，结果显示，尿激酶治疗组和非尿激酶治疗组大鼠脑出血发生率分别为20.00%和3.75%；低频超声治疗组和非低频超声治疗组，脑出血发生率分别为12.50%和11.25%，提示超声辅助溶栓组的术后出血率明显降低，但上述2项研究分别使用的是tPA和尿激酶（UK），且我国学者是在大鼠中进行的实验，使用的超声频率、时间、方式均有差别，还需要更多基础实验及临床研究来进一步探讨低频超声辅助溶栓后的出血风险。

1.2 联合微泡造影剂虽然超声联合药物溶栓在经过多年的动物及人体研究后发现有良好的效果，但由于其有创性、不宜操作性及时间限制性等特点，使得这种传统的超声溶栓技术风险相对较高。近年来超声微泡造影剂的广泛应用已证实微泡造影剂能提高超声对溶栓剂的助溶作用，表明空化效应可能与超声溶栓[12-13]有关，且单独运用超声联合造影剂也有溶栓效果，可能与超声造影剂降低空化阈值有关。

2007年于锐等[14]进行了低频超声联合微泡造影剂的体外溶栓研究，将实验分成对照组（生理盐水）、UK组、体外治疗超声组（ETUS）、超声联合尿激酶组（ETUS联合UK）、超声联合微泡组[ETUS联合微泡造影剂（MB）]、ETUS联合UK和MB，术后根据血栓体积减小量得出溶栓率。结果提示，单纯ETUS无明显溶栓作用，超声（US）联合MB的溶栓作用要高于单独UK，ETUS联合UK和MB可获得最佳的溶栓效果，且通过联合使用MB可以大大降低溶栓剂的使用剂量，同时降低助溶超声的强度，比单独运用超声或联合应用药物更加安全有效。Flores等[15]分别进行了体外实验及兔体内溶栓实验，结果表明微泡联合超声可以促进溶栓效果。体外溶栓实验结果显示，加入MB的实验组血栓体积缩小量大于同等条件下未加入MB的实验组。体内实验将120只兔子分为五组，分别给予1 MHz US，tPA，tPA联合US，MB联合US，MB联合US及tPA进行溶栓，结果显示，tPA和tPA联合US两组组织的不完整性高于MB联合US及tPA组，而MB联合US组的出血风险也低于单独运用超声组，加入MB降低术后出血风险可能与用药剂量降低有关或者与超声在穿透颅骨时可以对额外的超声及散射进行吸收，从而减少驻波以降低出血风险，但具体机制尚未明确。此外，Culp等[16]也通过实验表明，单独运用MB联合超声（1 MHz）在体内及体外均具有溶栓作用，且没有明显的出血不良反应。

MB在溶栓过程中可能与空化效应有关，但详细的机制仍需进一步探索。于锐等[14]观察到通过HE，ETUS联合MB溶栓后的血栓仍较坚实，而ETUS联合UK和MB溶栓后的血栓则较松软。光镜下观察到ETUS联合UK和MB处理后的血栓结构疏松，血小板小梁断裂，在疏松的纤维蛋白中可见很多小孔，推测ETUS联合MB处理主要是对血栓外层起到粉碎作用，而ETUS联合UK和MB则可使UK深入血栓内部进行溶栓，从而大大提高溶栓率并减少了对周围组织的损伤。但在2009年Molina等[17]开展的经颅多普勒超声联合微气泡辅助溶栓的随机临床多中心试验中，入选了35例超急性脑梗死患者，分别用不同浓度的MB辅助溶栓，结果表明，MB的剂量太大会使发生症状性颅内出血的风险增加，所以MB在应用过程中仍然有许多问题需要深入研究和解决，未来研究学者可以从对比剂介入治疗性超声助溶的优化条件、能否将诊断超声这一更普及的仪器用于对比剂介导的溶栓治疗中，以及如何增加其安全性，如何更好地使微泡靶向结合溶栓等方面进行研究。

2 HIFU溶栓

因为脑组织的脆弱，导致上述研究的超声均为低强度，可能在一定程度上限制了超声的作用效果。近年来热点研究的HIFU技术作为一种无创性的治疗手段，利用其热效应已经应用于各种实体肿瘤及妇科良性肿瘤的治疗，而脑部病变一直属于其禁忌证。最近一些学者认为，HIFU溶栓应主要是利用其空化效应及机械效应而尽量避免热效应，因为高能量可能会对周边脑组织产生损伤，我国学者杨含等[18]将连续与脉冲高强度聚焦超声进行对比，发现脉冲高强度聚焦超声在一定条件下能于较低温度下利用非热效应达到与连续波效应相同的破坏结果，其脉冲式的辐照方式能有效降低并发症，这是否也能适用于脑卒中领域也是值得思考和研究的问题。

目前利用HIFU及靶向MB在磁共振成像（MRI）引导下行溶栓实验已成为研究热点，因为HIFU联合MB作为一种体外治疗方式在缺血性脑卒中有其不可代替的优势。大量研究表明，MB联合HIFU溶栓治疗能够较大限度地缩短血流再通的时间[19-21]，且该方法更有利于定向血栓治疗，利于术中通过影像监控空化效应的产生。2006年Frenkel等[22]已经开始用HIFU在体外进行溶栓治疗的实验，他们利用脉冲超声辐照人工血栓，将该血凝块置于脱气的37℃的水中，结果表明，虽然单独应用HIFU（功率20～80 W）与未辐照的血栓重量变化无明显差异，但是HIFU联合tPA的溶栓体积随着输出频率及脉冲重复频率的增加而增加。Stone等[23]在静脉进行溶栓实验时发现，利用脉冲HIFU联合tPA比单独应用tPA的溶栓效果更好，所需tPA浓度更低，并且所需的功率更低。上述研究均证明了HIFU联合MB及tPA的增强作用。最近的一项动物实验表明，可以单独在体内外运用HIFU溶栓而不借助tPA及MB。Burgess等[24]进行了在MRI引导下利用HIFU对兔卒中模型进行实验，将实验分为四组，分别给予对照组及不同超声强度的三组（275、415、550 W），结果发现415 W组和550 W组均发现部分血管再通，且并没有发现明显的组织损伤，由于各组兔子的数量较少，且强度不连续，并不能说明超声强度和血管再通是否具有正相关，但HIFU确实令部分血管再通，这也再次说明单独运用HIFU是具有研究价值的。Wright等[25]分别在体外和体内利用HIFU进行溶栓实验。在体外试验中将能量设置从120～185 W，脉冲波给予0.1 ms到1 ms，间隔时间从5 s到20 s，通过单一变量法提示能量，在达到一定强度后，血栓溶解面积会随着脉冲时间、辐照时间、能量的增加而增加。该实验证实了HIFU在达到一定能量或某些参数条件后具有溶栓作用。Hölscher等[26]利用磁共振引导下行超声体外及体内溶栓实验，体外实验发现颅骨的厚度及密度对溶栓影响很大，体内实验中保持单一变量，从100 W到400 W，发现功率越大血栓重量越小；占空比和脉冲宽度越大，血栓溶解率越大，但溶栓率较低，不过仍然证明了HIFU对颅内溶栓有一定作用。上述学者并没有得出一个确切的HIFU强度与溶栓率的确切关系，但是为进一步研究提供了依据。目前HIFU仍处于研究阶段，还有许多问题需要解决，例如，如何减少超声穿透颅骨时产生的衰减、扭曲；如何避免一些具有危害因素的效应，以及怎样设置参数使超声在发挥作用的同时降低其风险和术后并发症等。另外还需通过实验研究了解该技术作用于颅内溶栓的机制。尽管如此，HIFU治疗缺血性脑卒中仍然具有可能性，并且由于其无创性、治疗时间窗可相对延长等特点，可成为超声溶栓技术的重要手段。

3 超声溶栓技术展望

超声溶栓技术从发展至今已近走过了大半个世纪，众多学者进行了大量的体内及体外研究。将超声辅助溶栓技术逐渐优化，在增强溶栓效果的同时降低术出血风险，但仍然无法改变治疗时间窗短及必须进行侵入性操作的问题，且低频超声所引起的术后出血风险还需进一步研究。随着MB的广泛应用，其增强超声辅助溶栓的效果更加显著，甚至可以单独运用US联合MB进行溶栓治疗，为颅内溶栓治疗方式多样化带来了曙光。近年来，HIFU逐渐成为研究的热点，也在颅内溶栓的研究领域占有了一席之地。脑部病变作为HIFU的禁忌证，主要考虑到高能量超声可能对脑组织产生不良反应，以及在穿透颅骨的过程中可能会导致能量损失，这样不仅达不到效果，反而对颅骨造成损伤。但目前许多学者通过动物实验，旨在寻找合适的参数（如能量、占空比、频率，脉冲时间、间隔时间等），以期寻求一种既能降低对脑部的损伤，减少术后脑出血风险，又能最大限度地将能量沉积于病灶的颅内溶栓治疗方法。

综上所述，尽管超声溶栓技术在缺血性脑卒中治疗领域并未成熟，还需要不断研究，但从大量的实验数据中得知，超声溶栓技术运用于缺血性脑卒中的治疗仍然具有很高的可操作性，而HIFU作为非侵入性的颅内溶栓手段，如果能够进一步研究提高其安全性及有效性，将会为急性脑卒中的治疗产生深远的影响。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2015.03.017

A

1009-5519（2015）03-0363-03

2014-10-15）

国家重点基础研究发展计划（973计划）项目（2011CB707900）。

张梦霓（1989-），女，四川自贡人，硕士研究生，主要从事高强度聚焦超声的研究；E-mail：398291320@qq.com。

邹建中（E-mail：1109905304@qq.com）。