本研究由Meaghan A. O’Reilly博士（Sunnybrook研究所及多伦多大学）、Olivia Hough（Sunnybrook研究所）和Kullervo Hynynen博士（Sunnybrook研究所及多伦多大学）团队完成，发表于2017年的《Journal of Ultrasound in Medicine》。研究聚焦于血脑屏障（blood-brain barrier, BBB）在聚焦超声（focused ultrasound, FUS）介导的开放后闭合时间与开放体积的关系，为脑部疾病治疗提供临床转化依据。

学术背景

血脑屏障是保护脑组织的重要结构，但同时也阻碍了药物递送。近年来，微泡（microbubble）辅助的FUS技术被证明可临时开放BBB，用于脑肿瘤（如胶质母细胞瘤）和神经退行性疾病（如阿尔茨海默病）的治疗。然而，临床应用中需开放较大脑区体积，其安全性尚不明确。此前研究报道BBB闭合时间与开放体积正相关，但该结论基于单点高压声场，可能因压力分布不均导致外周组织损伤延迟修复。本研究创新性地采用多点重叠聚焦策略，旨在验证当压力与体积解耦时，闭合时间是否独立于开放体积。

研究流程

1. 动物模型与实验设计
   使用5只Sprague Dawley大鼠，双侧脑半球分别接受单点（单焦点）和四点重叠（多焦点）FUS处理。超声频率为551.5 kHz，通过实时反馈算法（基于超谐波信号1.5f0和2.5f0）调控声压，避免惯性空化损伤。

2. 超声参数与微泡控制
   采用Definity微泡（0.02 mL/kg），通过MRI兼容泵静脉输注。声压从0.09 MPa（原位）逐步递增，直至检测到超谐波信号后降至50%阈值压力。多点方案中，四个焦点以1.5 mm间距交错排列，通过机械定位系统实现。

3. 影像学评估

   • BBB开放性检测：在0、6、24小时进行对比增强T1加权MRI（Gadovist造影剂），以信号强度超过背景2个标准差为开放标准。
     
   • 损伤评估：T2加权（水肿）和T2*加权（出血）MRI在6/24小时采集。
     
   • 数据分析：MATLAB量化开放面积（cross-sectional area）和增强百分比（% enhancement），采用配对t检验比较单点与多点差异。
     

4. 组织学验证
   24小时后取脑组织，石蜡切片（5 μm厚度）行H&E染色，结合MRI定位检查形态学变化。

主要结果

1. 开放体积与闭合时间

   • 多点开放面积显著大于单点（14.2 ± 4.7 mm² vs. 4.1 ± 3.3 mm²，p < 0.0001），但两组增强程度无差异（29.7% ± 18.4% vs. 29.7% ± 24.1%，p = 0.9975）。
     
   • 90%靶区在6小时内闭合，仅1例多点靶区延迟至24小时闭合，且伴随局部缺血性病变（直径约0.4 mm）。
     

2. 安全性验证
   T2/T2*加权MRI未发现水肿或出血，但组织学显示延迟闭合靶区存在微小损伤，可能与控制器算法漏检超谐波信号有关（压力步长6 kPa需优化）。

结论与价值

本研究首次证明：当采用多点重叠聚焦策略时，BBB闭合时间与开放体积无关。这一发现支持临床大规模开放BBB的安全性，为阿尔茨海默病等需全脑治疗的疾病提供了方法学基础。此外，实时反馈算法（基于超谐波）的优化方向被明确，需动态阈值或联合谐波信号提升鲁棒性。

研究亮点

1. 方法创新：通过多点声场“扁平化”压力分布，克服了传统单点高压的局限性。
   
2. 临床意义：为FUS-BBB开放技术的标准化（如体积与压力参数解耦）提供直接证据。
   
3. 技术细节：开发的PVDF水听器（polyvinylidene difluoride hydrophone）和实时控制算法（C++实现）具有可扩展性。
   

其他价值

研究还提示，未来需探索不同超声频率（如1 MHz以上）和微泡剂量对闭合时间的影响，并扩大样本量以验证微小损伤的普遍性。此外，动态MRI监测（如DCE-MRI）可能提升闭合过程的时空分辨率。