磁共振成像引导下利用经颅聚焦超声在大鼠模型中破坏血脑屏障

本实验的总体目标是局部破坏血脑屏障，使通常局限于脑血管系统的分子能够进入脑组织。首先需准备实验动物，并将其仰卧置于聚焦超声换能器上方的水浴中，该装置配备有三轴换能器定位系统。实验的第二步是获取磁共振成像（MRI）图像，以为定位系统提供靶向信息。

该操作流程的第三步是制备并注射微泡溶液。最后一步是设定超声参数并实施超声照射。最终可通过增强T1加权MRI获得结果，显示超声照射部位血脑屏障的通透性变化。

该技术的应用前景涉及脑部和中枢神经系统疾病的治疗，因为这种对血脑屏障的局部且可重复的破坏，使得研究人员能够探索以往对药物治疗反应较差的疾病类型的药理学干预手段。通常，初次接触该方法的研究人员会遇到困难，因为在操作和注射微泡时需要极大的耐心和谨慎，以避免微泡在到达靶部位之前破裂。动物准备过程的演示将随后展示。

我们实验室的一名技术人员选择一个经过适当校准的超声换能器。接下来，将装有已脱气去离子水的水浴放置在1.5特斯拉或3特斯拉磁共振成像（MRI）设备的床面上，将超声换能器安装在水箱内一个与MRI兼容的三轴定位平台或系统上，使其朝向水面。水浴应配备一个顶板，用于在使用异氟烷气体麻醉后固定实验动物，并剃除头部和颈部上方的毛发。

然后使用脱毛膏去除残留的毛发。将带有三通阀的22号导管插入尾静脉，并用肝素生理盐水混合液冲洗，以防止导管内形成血凝块。通过肌肉注射给予可注射麻醉剂，并将动物从异氟烷中移出。

实验开始前10分钟，在动物头部顶端涂抹少量超声耦合剂，以尽量减少气泡滞留的可能性。然后将麻醉后的动物仰卧放置于超声定位系统上，使其头部顶端通过顶板上的孔与水浴接触。

可以使用咬合杆（如有）或将胶带牢固地贴在下巴上来固定头部。然后用胶带将动物的腿部固定在定位系统上。用毛巾或毯子覆盖动物以保持其体温。

在实验过程中，使用适当的扫描参数获取脑部的基线轴向T2加权和T1加权磁共振图像。从T2加权扫描图像中选择靶点，避开脑室和脑中线，并选择中脑深度。

将换能器焦点移动至目标位置。根据制造商的说明书激活确定的微泡，并缓慢吸取少量液体至1毫升注射器中。使用18号针头，通过轻轻前后推动活塞而非敲击的方式排出注射器中的困留空气。

由于此操作可能导致微泡破裂，需将微泡缓慢注入生理盐水注射器中，按10:1的生理盐水与微泡比例进行稀释。轻轻翻转注射器，充分混匀微泡与生理盐水，直至混合液外观均匀一致。根据每公斤体重0.02毫升微泡或每公斤体重0.2毫升溶液计算所需剂量体积。

以10比1的比例稀释。使用低占空比脉冲模式设置超声参数，而非连续波超声。检查动物头部是否仍与水耦合。

在开始超声处理的同时，缓慢将微泡通过尾静脉导管注入。超声处理结束后，用0.5毫升生理盐水冲洗。通过尾静脉导管注射磁共振成像（MRI）对比剂，随后用0.5毫升生理盐水冲洗。

在对比剂峰值过后进行T1加权成像。超声处理。成功破坏的部位将显示出比周围组织更强的增强信号。进行T2加权成像以检查超声处理部位是否存在高信号，后者提示此处存在水肿。

此处展示了典型的聚焦超声治疗（FUST）前后的T1加权MR图像。一幅经对比增强的T1加权图像显示出清晰的局部开窗。四个超声辐照位置中，位置一和位置二显示出尤为明显的对比增强。

位置一和位置二在FUS术后采用T2加权成像也显示出高信号强度，提示存在水肿。T2加权水肿的范围有时在矢状面切片上更易于观察，此处为经Sunation的CE T1加权和T2加权矢状面切片。FUS术后显示位置一和位置三，水肿可见于位置一，但位置三未见水肿。

捕获的声发射数据的频谱分析可能在稳定空化发生时显示出谐波发射以及次谐波和超谐波发射。在551.5千赫下单次10毫秒脉冲期间捕获的数据显示了基频以及谐波、次谐波和超谐波。使用较高的声处理频率会因焦斑尺寸更小而产生更局部化的开孔，如图所示。

更高的频率可用于产生更小的开放区域，从而在减少颅骨附近效应的情况下实现对中脑的探究。在实施该操作时，必须牢记仔细处理微泡对于获得良好结果至关重要。一旦该技术得到优化，研究人员便可着手解答其他问题，例如，将治疗剂递送至脑内特定靶点的疗效如何？