二周波超音波を用いた高気圧チャンバー潜水後のマイクロバブルの検出

Microbubble detection following hyperbaric chamber dives using dual-frequency ultrasound.

• J G Swan
• B D Bollinger
• T G Donoghue
• J C Wilbur
• S D Phillips
• D L Alvarenga
• D A Knaus
• P J Magari
• J C Buckey

抄録

静脈ガス塞栓（VGE）は、既存の超音波検査法を用いて血流中で容易に検出することができる。現在のところ、組織内の減圧によって生じるマイクロバブルを検出する方法は存在しない。我々は、二周波超音波（DFU）がこれらのマイクロバブルを検出できるのではないかと仮説を立てた。DFUでは、マイクロバブルは2つの周波数で駆動される：低い「ポンプ」（希望する気泡サイズの共振周波数に設定）と高い「画像」周波数である。共振サイズの気泡は、送信された 2 つの周波数の和と差を放出します。この研究のために、我々は2.25 MHzのポンプ周波数と5.0 MHzの画像周波数を使用して、水槽内の直径約1〜10μmの気泡を検出した。麻酔した4匹の豚を4.5 ATAで2時間加圧し、5分かけて減圧し、中等度から非常に重度のVGEスコアを誘発した。各豚の大腿部の4部位をダイブ前後にDFUでモニターした。1回の模擬ダイブも実施した。マイクロバブルと一致する信号を返す部位の数は、チャンバーダイブ後に劇的に増加したが（P < 0.01）、模擬ダイブでは変化しなかった。チャンバーダイブ後のDFUシグナルの増加は持続的であり、複数の豚の複数の部位に存在していた。本研究は、DFUを用いて減圧誘導性組織マイクロバブルを検出できること、およびDFUを用いて体の複数部位で減圧誘導性マイクロバブルをモニターできることを初めて示した。さらに、DFUを用いて減圧ストレス中のマイクロバブルの形成と成長の時間経過を追跡することも可能である。

Venous gas emboli (VGE) can be readily detected in the bloodstream using existing ultrasound methods. No method currently exists to detect decompression-induced microbubbles in tissue. We hypothesized that dual-frequency ultrasound (DFU) could detect these microbubbles. With DFU, microbubbles are driven with two frequencies: a lower "pump" (set to the resonant frequency of the desired bubble size) and a higher "image" frequency. A bubble of the resonant size emits the sum and difference of the two transmitted frequencies. For this study we used a pump frequency of 2.25 MHz and an image frequency of 5.0 MHz, which detects bubbles of roughly 1-10 μm in diameter in a water tank. Four anesthetized swine were pressurized at 4.5 ATA for 2 h and decompressed over 5 min, inducing moderate to very severe VGE scores. Four sites on the thigh of each swine were monitored with DFU before and after the dives. A single mock dive was also performed. The number of sites returning signals consistent with microbubbles increased dramatically after the chamber dive (P < 0.01), but did not change with the mock dive. The increase in DFU signal after the chamber dive was sustained and present at multiple sites in multiple swine. This research shows for the first time that decompression-induced tissue microbubbles can be detected using DFU and that DFU could be used to monitor decompression-induced microbubbles at multiple sites on the body. Additionally, DFU could be used to track the time course of microbubble formation and growth during decompression stress.