초음파 유도 혈전용해술(sonothrombolysis)은 혈전(피떡)을 치료하기 위한 유망하고 비침습적인 초음파 기술이지만, 혈전 용해에 사용되는 혈전용해제(thrombolytic agents)로 인해 유발되는 출혈 및 분리된 혈전이 혈류를 막을 가능성(즉, 색전(embolus))이 현재 접근법의 주요 한계이다. 본 연구에서는 혈전용해 약물의 사용 없이 색전을 치료하기 위한 새로운 초음파 유도 혈전용해 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 (a) 혈관 내 혈류에 대해 국소화된 음향 방사력(acoustic radiation force)을 생성하여 이동하는 혈전을 포획(즉, 음향 그물(acoustic net) 생성)하고, (b) 음향 공동화(acoustic cavitation)를 유도하여 포획된 색전을 기계적으로 파괴하며, (c) 포획 및 기계적 분획(fractionation) 과정을 음향적으로 모니터링하는 것을 포함한다. 제안된 방법에는 서로 다른 목적을 가진 3종의 초음파 트랜스듀서가 사용되었다. (1) 이동하는 혈전을 포획하기 위한 1-MHz 듀얼 집속(dFUS, dual focused ultrasound) 트랜스듀서, (2) 혈전을 분획하기 위한 2-MHz 고강도 집속 초음파(HIFU, High Intensity Focused Ultrasound) 소스, 그리고 (3) 포획된 색전 및 음향 공동화로부터 산란된 음향파를 수신하고 분석하기 위한 광대역(10 kHz~20 MHz) 수동 음향 방출(passive acoustic emission) 검출기가 사용되었다. 제안된 방법의 가능성을 입증하기 위해, 혈액 모사 유체로 채운 광학적으로 투명한 혈관 모사(혈관-유사) 팬텀과 혈전(직경 1.2~5 mm)을 이용한 시험관 내(in vitro) 실험을 수행하였고, dFUS 및 HIFU 노출 조건을 변화시키면서 다양한 유동 조건(1.77~6.19 cm/s)에서 평가하였다. 고속 카메라를 사용하여 제안된 방법에 의해 혈관 내에서 음향장의 생성, 음향 공동화의 형성, 그리고 혈전의 파편화가 관찰되었다. 또한, 특정 노출 조건에서 생성되는 음향 및 온도장의 수치 시뮬레이션을 수행하여 초음파 유도 혈전용해에 관한 실험 결과를 추가로 해석하였다. 그 결과, dFUS가 혈관 내에서 생성한 프린지 패턴(fringe pattern)과 유사한 음압장(프린지 폭 1 mm)이 유동 속도 6.19 cm/s까지 직경 1.2~5 mm의 색전을 포획함을 명확히 보여주었다. 이는 혈관 내에서 유동에 대해 반대 방향으로 색전에 작용하는 dFUS 유도 음향 방사력이 유동이 생성하는 항력(drag force)보다 더 큰 크기를 갖기 때문일 가능성이 있다. 이후 포획된 색전은 HIFU 유도 강한 공동화에 의해 혈관 벽을 손상시키지 않으면서 작은 파편 잔류물(18~60 μm 크기)로 기계적으로 분해되었다. 또한 dFUS에 의해 포획된 혈전에서 방출된 음향 방출 신호와 HIFU에 의해 생성된 공동화의 음향 방출은 주파수 영역에서 뚜렷하게 구별될 수 있음을 관찰하였다. 종합하면, 본 연구 결과는 제안된 초음파 유도 혈전용해 방법이 혈전을 효과적으로 포획하고 파괴함으로써 혈전증(thrombosis) 및 색전증(embolism) 치료를 위한 유망한 도구로 활용될 수 있음을 시사한다.

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