2024.06.21. 哈佛大学布莱根妇女医院（Brigham and Women's Hospital）研究团队在《Journal of Controlled Release》上发表研究文章 “Cavitation monitoring, treatment strategy, and acoustic simulations of focused ultrasound blood-brain barrier disruption in patients with glioblastoma”，本研究使用聚焦超声来破坏神经胶质瘤患者的血脑屏障；发现可以产生有效破坏，副作用最小的参数；证明声学建模的潜在效用；展示超声发射与破坏和血管损伤的关系。
聚焦超声（FUS）诱导血脑屏障（BBB）破坏（FUS-BBBD）的一个有前途的应用是用于神经胶质瘤。在血脑屏障完好无损的手术切除腔周围启用或增强药物递送，可以提高对神经胶质瘤具有潜在活性但因血脑屏障导致的递送不良而受到限制的药物的治疗效果。
FUS 系统灵活地靶向临床治疗相关的大体积区域，还面临多项技术挑战，特别是当超声暴露/超声处理 (ultrasound exposures/sonications）通过完整颅骨进行。一个挑战是如何确保安全有效的暴露水平。如果暴露水平过高，小血管可能会受损，导致瘀点出血（这在 T2*-加权 MRI 中很明显），这种血管损伤的阈值并不比 BBBD 高多少。人类颅骨的超声场衰减因患者而异，很大程度上取决于颅骨内病灶的位置以及换能器表面与骨骼之间的角度。因此，监测和反馈控制对于确保在不造成血管损伤或其他不利影响的情况下达到正确的暴露水平至关重要。
监测暴露水平的一种方法是在超声处理过程中捕获微气泡的声发射。当微气泡与超声场相互作用（空化）时，它们会以非线性方式响应，并以不同于驱动频率的频率产生声波。在低强度下，当引入微气泡时，驱动频率整数倍的谐波会增加，并且在驱动频率一半处可能伴随着一个小的次谐波。随着强度增加，次谐波发射大幅增加，然后在稍高的强度下，气泡迅速而剧烈地坍塌（惯性空化）并产生宽带信号。在临床前研究中，宽带信号与血管损伤有关。不同频段的声发射是不同水平微气泡活动的特征，并且与 FUS-BBBD 的发生和程度以及血管损伤有关。这些临床前发现对患者的 BBBD 有影响，但尚未在临床治疗中得到系统研究。
Exablate Neuro, InSightec
本文报告了破坏 BBB 以改善接受替莫唑胺化疗的胶质母细胞瘤患者的药物递送的经验。这项回顾性分析的目的是将 BBBD 和血管损伤测量值与暴露水平、声发射数据和声学模拟进行比较。使用 220kHz 半球相控阵聚焦超声系统（Exablate Neuro, InSightec）和微泡（Lantheus） 对9名患者进行了38次月度BBBD。通过监测次谐波声发射获得的空化剂量主动控制暴露水平。模拟了空化检测系统的声场和灵敏度曲线。将暴露水平和空化指标与对比增强 MRI 中明显的 BBBD 水平和 T2*-加权 MRI 中的低信号区域进行比较。
本研究的治疗策略从使用相对较高的空化剂量演变为较低剂量和更长的超声刺激持续时间，最终实现整个治疗体积的 BBBD，瘀点最少。声场模拟表明，当焦点靠近颅骨时，会出现反射和驻波，但可以通过像差校正来减轻其影响。对空化检测器的模拟表明，整个治疗量和患者之间的灵敏度曲线存在差异。在 8/9 的患者中观察到与空洞剂量、BBBD 和瘀点出血的相关性，但存在显著差异。对空化光谱的分析发现，大多数爆发不包含宽带发射，这是惯性空化的特征，但对空化剂量的最大贡献来自具有宽带发射的爆发。研究结果表明，治疗计划和空化监测的改进可能导致更安全、更有效的 BBBD。
使用开源 MATLAB 工具箱 k-Wave 对声场进行数值模拟。模拟使用了由哈佛医学院研究计算小组支持的 O2 高性能计算集群。分别模拟了相控阵换能器 1018 个阵元的声场。
靠近颅骨（A-C）、靠近颅底 （D-F）和浅表目标 （G-I） 的聚焦超声模拟
患者的 BBBD 和瘀点
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