超声贴片治疗静脉溃疡的人体试验
在一项小型临床研究中，研究人员使用一种新型的超声波敷药器来治疗慢性伤口，这种超声波敷药器可以像创可贴一样佩戴。该敷药器将低频、低强度的超声直接传输到伤口，并被发现显著加速了5例静脉溃疡患者的愈合。静脉溃疡是由于静脉中的瓣膜出现故障，导致血液聚集在腿部而不是回流到心脏。这种淤积被称为静脉停滞，会导致静脉中的蛋白质和细胞泄漏到周围组织，导致炎症和溃疡的形成。
这项技术是由费城德雷塞尔大学的研究人员在国家卫生研究院下属的国家生物医学成像和生物工程研究所(NIBIB)的资助下开发的。
静脉溃疡占所有下肢慢性伤口的80%，每年影响大约50万美国患者，这个数字预计还会增加肥胖率爬。据估计，静脉溃疡的治疗花费了美国医疗保健系统每年超过10亿美元。
静脉溃疡的标准治疗方法包括控制肿胀、保持伤口湿润、防止感染和压缩疗法——一种病人穿着弹性袜子挤压腿部以防止血液倒流的技术。
尽管采取了这些措施，伤口往往需要数月甚至数年才能愈合。
“现在，我们主要依赖于被动治疗，”Michael Weingarten，医学博士说血管手术他是这项研究的研究人员之一。“除了昂贵的植皮手术，很少有技术能积极促进这些溃疡的愈合。”
在一篇即将发表在美国声学学会杂志德雷塞尔大学的研究人员报告称，接受低频率、低强度治疗的患者超声波每周体检期间的治疗(除标准外)压缩疗法)，显示仅4周后伤口大小净减少(图3a,3b)。相比之下，未接受超声治疗的患者在同一时间段内伤口大小平均增加(图2a,2b)。
“已经有关于超声波对伤口愈合的治疗益处的研究，但之前的大多数研究都是在更高的频率下进行的，大约1-3兆赫(MHz)，”彼得·a·卢因博士说，他是德雷塞尔大学生物医学工程的理查德·b·比尔德教授，也是该项目的主要研究员。“我们有一个想法，如果我们降低到20到100千赫(kHz)的范围，这至少是一个数量级，我们可能会看到更深刻的变化;事实就是这样。”
为了确定最佳超声频率和治疗时间，研究人员分别用15分钟20 kHz超声、45分钟20 kHz超声、15分钟100 kHz超声和15分钟假(安慰剂)超声对患者进行治疗。接受15分钟20千赫超声的那组改善最大，在第四次治疗时，所有5名患者都完全康复。
该研究的主要作者、博士生约书亚·塞缪尔斯(Joshua Samuels)说:“我们很惊讶，接受45分钟治疗的那组没有取得与15分钟治疗组相同的效果，但有时我们了解到，时间并不总是越多越好。”“可能存在剂量效应。”
该团队的临床发现在体外研究中得到了证实，在接受20千赫超声15分钟24小时后，与对照组细胞相比，小鼠成纤维细胞(在伤口愈合中发挥积极作用的细胞)的细胞代谢平均增加32%，细胞增殖增加40%。
Lewin和他的同事说，这项研究最大的挑战之一是设计和制造电池驱动的超声波贴片。
“大多数超声换能器需要一个很大的设备，需要插在墙上。我们想让它既可穿戴又便于携带，所以我们需要让它由电池供电。为了实现这一目标，我们必须设计一种换能器，可以用最小的电压产生与医疗相关的能级。”Lewin说。
他们制作的超声波贴片重量仅为100克——相当于一个超大糖果棒——连接到两个完全可充电的锂离子电池上。Lewin说，这种设计让患者可以选择在家庭环境中使用传感器，同时仍然穿着他们的压缩袜。它还避免了去看医生的需要，这对慢性创伤患者来说是一项艰巨的任务。
NIBIB超声诊断与治疗项目主任Hector Lopez博士说:“这项研究中描述的伤口愈合技术是一项特别令人兴奋的超声治疗应用，为未来治疗慢性伤口患者带来了巨大的希望。”“这是一个很好的例子，说明NIBIB如何将物理和生命科学结合起来，产生改善健康的新技术。”Lopez总结说，在新疗法投入临床之前，需要对更多患者进行研究，以确认该技术是有效和安全的。
在未来，Lewin和Weingarten预计患有其他类型的慢性伤口如糖尿病患者或压疮患者也可从治疗性超声中获益。由于理想的治疗频率、持续时间和强度可能对每种类型的伤口都是独一无二的，Lewin和他的同事们已经开发并正在测试超声波贴片的诊断监测组件，这将帮助医生优化每个患者的治疗。
该监测组件是在德雷塞尔大学生物医学工程、科学和卫生系统学院Leonid Zubkov博士的帮助下开发的，使用近红外光谱(NIRS)非侵入性地评估创面的变化，可以揭示治疗是否在其早期阶段起作用，而此时的愈合是难以用肉眼检测的。
Lewin说:“通过监测组织反应的细微变化，我们可以优化每个患者的治疗。”“我们的目标是开发一种设备，可以在多种不同类型的伤口上使用，只要需要，不会产生副作用。一旦我们有了这种通用的涂抹器，我们就可以使用近红外光谱技术来帮助针对个别患者定制治疗。”
目前正在进行一项涉及20名患者的测试NIRS组件的试验。
该团队还希望通过扩大体外研究，更多地了解低频超声促进愈合的原因。他们目前正在研究低频超声作用于巨噬细胞(在伤口愈合中起关键作用的免疫细胞)和胶原蛋白的产生。
“在伤口愈合过程中，有炎症阶段、增殖阶段和重塑阶段。我们正在观察每个阶段的初级细胞参与者，并分别检查超声波对每个参与者的影响，然后再进行综合研究。”塞缪尔斯说。
这项研究的主要贡献者是最近去世的德雷塞尔生物医学工程学院的Elisabeth Papazoglou博士。
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