ES2145011T5

ES2145011T5 - Medios de contraste gaseoso para ecografias.

Info

Publication number: ES2145011T5
Application number: ES92919150T
Authority: ES
Inventors: Steven C. Quay
Original assignee: GE Healthcare AS
Current assignee: GE Healthcare AS
Priority date: 1991-09-17
Filing date: 1992-09-02
Publication date: 2008-02-01
Anticipated expiration: 2012-09-02
Also published as: DK0605477T3; JPH07501319A; HUT68083A; EP0605477A4; ATE191346T1; NO313577B1; SG54121A1; DE605477T1; EP0605477A1; CZ286149B6; GR3033908T3; RU2114637C1; FI941242A0; CZ61294A3; HU9400786D0; DE69230885D1; DE69230885T3; EP0605477B2; NO940956L; US5558094A

Abstract

Medios de contraste para la mejora de imágenes de ultrasonidos, caracterizados porque comprenden microburbujas de un gas biocompatible en un vehículo líquido acuoso biocompatible, seleccionándose el gas de entre octafluoropropano, y decafluorobutano, donde dichas microburbujas tienen un diámetro de menos de 8 µm.

Description

Medios de contraste gaseoso para ecografías.

La presente invención se refiere a medios de contraste para la mejora de imágenes de ultrasonidos.

Esta invención se refiere a agentes que mejoran el contraste en una imagen de ultrasonidos generada para el uso en diagnósticos médicos. Los medios de mejora del contraste descritos aquí están compuestos por burbujas de gas extremadamente pequeñas que están presentes en una disolución que se infunde en el cuerpo durante la generación de una imagen de ultrasonidos o inmediatamente antes. Esta invención es útil para mejorar tales imágenes por medio de gases seleccionados a partir de los cuales puede prepararse una colección de microburbujas de gas libre que tienen propiedades nuevas y superiores. Estas microburbujas pueden ser de un tamaño extremadamente pequeño y seguir sobreviviendo en el flujo sanguíneo lo suficiente para permitir la formación de imágenes, de contraste mejorado, de partes del sistema cardiovascular, del sistema vascular periférico y de órganos vitales que se consideraban anteriormente inaccesibles a las microburbujas de gas libre.

Cuando se utilizan ultrasonidos para obtener una imagen de los órganos y estructuras internos de una persona o animal, las ondas de ultrasonidos -ondas de energía sónica a una frecuencia superior a la discernible por el oído humano- son reflejadas a medida que atraviesan el cuerpo. Diferentes tipos de tejido del cuerpo reflejan diferentemente las ondas de ultrasonidos, y las reflexiones, frecuentemente descritas acertadamente como "ecos", que son producidas por las ondas de ultrasonidos que se reflejan de diferentes estructuras internas, son detectadas y convertidas electrónicamente en una visualización. Esta visualización puede resultar ser de valor incalculable para un médico u otra persona que diagnostique, de varias maneras, incluyendo la evaluación de la progresión de enfermedades cardiovasculares o la existencia o naturaleza de un tumor.

En algunas circunstancias médicas, la obtención de una imagen útil del órgano o estructura de interés es especialmente difícil debido a que los detalles de la estructura pueden no ser adecuadamente discernibles respecto al tejido circundante en una imagen de ultrasonidos producida por la reflexión de ondas de ultrasonidos en ausencia de un agente de mejora de contraste. Además, las imágenes tradicionales de ultrasonidos son de calidad y resolución notoriamente malas. Por estas razones, la detección y observación de ciertas circunstancias fisiológicas pueden mejorarse substancialmente por mejora del contraste en una imagen de ultrasonidos mediante la infusión de un agente en un órgano u otra estructura de interés. En otros casos, la detección del movimiento del mismo agente de mejora del contraste es particularmente importante. Por ejemplo, un patrón distintivo de flujo de sangre de la que se sabe que resulta de particulares anormalidades cardiovasculares puede ser sólo discernible por infusión de un agente de contraste en el flujo sanguíneo y observación de la dinámica del flujo de la sangre.

Schlief, Curr. Opin. Radiol. 3:2:198-207 (1991), describe el estado de desarrollo de los medios de contraste de ultrasonidos en el momento de la invención. Se discuten microesferas llenas de aire de albúmina humana (Albunex), de suspensiones de micropartículas de sacáridos (SHU 454) y de bromuro de perfluooctilo (PFOB) y su uso como agentes de contraste de ultrasonidos.

Bleeker, J., Ultrasound Med., 9:8:461-71 describe el uso de Albunex, SHU-454, 1% de peróxido de hidrógeno y disoluciones tratadas con ultrasonidos de dextrosa, sorbitol, albúmina y Renografin-76 para estabilizar las microburbujas de aire para el uso como agentes de contraste de ultrasonidos. El Albunex dio los mejores resultados.

Ohta, et al., JPN J. Med. Ultrasound 18:4:318-326 (1991), describen el uso de Urografin, tratados con ultrasonidos, Iopamiron 370, Haemacell, 5% de albúmina humana y 0,9% de disolución salina para estabilizar microburbujas de aire para el uso como agentes de contraste de ultrasonidos.

Kalbalnov, et al., J. Fluorine Chemistry 50:3:271-84 (1190) describen la cinética del desarrollo del tamaño de partículas en varias emulsiones de fluocarbonos o fluocarburos. Se halló una correlación entre la solubilidad de los fluocarbonos en agua y el área superficial de cavidad del disolvente que permitía una predicción de la estabilidad de la emulsión de fluocarbono respecto a la estructura de fluocarbono.

Investigadores médicos han realizado una amplia investigación en el uso de sólidos, gases y líquidos intentando descubrir agentes que mejoraran el contraste de ultrasonidos adecuados para finalidades de diagnóstico particular. Substancias compuestas tales como microburbujas encapsuladas en gelatina, liposomas incorporados en gas, proteínas desnaturalizadas parcialmente tratadas con ultrasonidos y emulsiones que contenían compuestos orgánicos altamente fluorados han sido también estudiadas intentando desarrollar un agente que tuviera ciertas cualidades ideales, principalmente estabilidad en el cuerpo y la capacidad de proporcionar un contraste significativamente mejorado en una imagen de ultrasonidos.

Las pequeñas burbujas de un gas, denominadas "microburbujas", son detectadas fácilmente en una imagen producida utilizando técnicas estándares de formación de imágenes por ultrasonidos. Cuando se infunden en el flujo sanguíneo o un lugar particular del cuerpo, las microburbujas mejoran el contraste entre la zona que contiene las microburbujas y los tejidos circundantes.

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Una cantidad substancial del esfuerzo de investigación dirigido hacia los agentes de mejora del contraste se ha concentrado en el uso de burbujas de gas extremadamente pequeñas. Los investigadores saben desde hace largo tiempo que las burbujas de gas libre proporcionan un agente de contraste muy eficaz debido a que una burbuja de gas tiene características físicas únicas que afectan la energía de los ultrasonidos cuando se dirige a través del cuerpo. Las ventajas ofrecidas por las burbujas de gas libre en contraposición con los agentes líquidos o sólidos que exhiben una mejora del contraste se describen en detalle en lo que sigue en el contexto de la discusión de las técnicas de diagnóstico por ultrasonidos.

A pesar de las ventajas conocidas, sin embargo, la rápida disolución de las burbujas de gas libre en las disoluciones tales como sangre o muchas disoluciones intravenosas acuosas, limita severamente su uso como agente de mejora del contraste de los ultrasonidos. Las limitaciones más importantes son el tamaño de la microburbuja y el periodo de tiempo en que una microburbuja existirá antes de disolverse en la disolución.

Examinando más de cerca los requerimientos de tamaño de las microburbujas, las burbujas de gas deben ser, desde luego, suficientemente pequeñas para que una suspensión de las burbujas no conlleve el riesgo de embolia en el organismo en el que se infunden. Al mismo tiempo, las burbujas de gas libre extremadamente pequeñas compuestas por los gases utilizados de manera general en la formación de imágenes de contraste de ultrasonidos se disuelven tan rápidamente en la disolución que su capacidad de mejora de las imágenes sólo existe inmediatamente cerca del punto de infusión. Existe otro obstáculo para la formación de imágenes de ultrasonidos del sistema cardiovascular. Investigadores médicos han estudiado el tiempo requerido para que las microburbujas compuestas por aire ordinario, nitrógeno puro, oxígeno puro o dióxido de carbono se disuelvan en la disolución. Las microburbujas de estos gases, que son suficientemente pequeñas para permitir el paso a través de los pulmones y alcanzar la izquierda del corazón, menos de unas 8 micras de diámetro, tienen un lapso de vida inferior aproximadamente a 0,25 segundos. Meltzer, R.S., Tickner, E.G., Popp, R.L., "Why Do the Lungs Clear Ultrasonic Contrast?" Ultrasound in Medicine and Biology, Vol. 6, pág. 263, 267 (1980). Dado que la sangre tarda más de 2 segundos en pasar a través de los pulmones, las microburbujas de estos gases serían completamente disueltas durante el paso a través de los pulmones y no alcanzarían nunca la izquierda del corazón. Ibid. Debido principalmente a este compromiso entre el tamaño de las burbujas y el lapso de vida, muchos investigadores concluyeron que las microburbujas de gas libre no eran útiles como un agente de mejora del contraste para diagnósticos por ultrasonidos de ciertas partes del sistema cardiovascular.

Sin embargo, los medios de mejora del contraste de los ultrasonidos descritos aquí comprenden microburbujas, compuestas por gases biocompatibles, que son suficientemente pequeñas para que atraviesen el diámetro de capilaridad pulmonar de aproximadamente 8 \mum (micras) y permiten por ello el diagnóstico por ultrasonidos con contraste mejorado de las cámaras izquierdas del corazón. Las microburbujas de gas libre sobreviven en el flujo sanguíneo lo suficiente para que puedan ser infundidas periférica e intravenosamente, se desplazan a través de la derecha del corazón, a través de los pulmones y hacia las cámaras cardíacas izquierdas sin disolverse en la disolución. Además, algunos de estos medios tienen una persistencia extraordinariamente larga en disolución y permitirán la mejora del contraste de muchos otros órganos y estructuras.

Esta invención supera muchas de las limitaciones inherentes que se cree que existen con el uso de microburbujas de gas libre de modo tal que las microburbujas compuestas por estos gases no sufren de las mismas limitaciones que las microburbujas investigadas anteriormente. Por ello, se ha descubierto que los medios de mejora del contraste de los ultrasonidos descritos aquí que comprenden una composición de microburbujas producida utilizando un gas o una combinación de gases biocompatibles revelados aquí pueden existir durante una longitud de tiempo suficiente y ser de un tamaño suficientemente pequeño para que su estabilidad en el flujo sanguíneo permita una mejor formación de imágenes contrastadas de ultrasonidos de estructuras particulares del cuerpo que se consideraban antes inaccesibles a las microburbujas de gas libre.

Por medio del uso de la expresión "gas biocompatible" se designa una entidad química que es capaz de realizar sus funciones dentro o sobre un organismo vivo de una manera aceptable, sin toxicidad o efectos fisiológicos o farmacológicos excesivos, y que está, a la temperatura del organismo vivo, en un estado de materia que se distingue de los estados sólido o líquido por densidad y viscosidad muy bajas, dilatación y contracción relativamente grandes con cambios de presión y temperatura, y por la tendencia espontánea de distribuirse uniformemente por todo recipiente. La siguiente Tabla contiene las temperaturas adoptadas del cuerpo para varios organismos vivos:

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Técnicas para medir los fenómenos de mejora del contraste de los ultrasonidos

Para apreciar más completamente el objeto de la presente invención, es útil describir lo que se conoce actualmente respecto a la tecnología de la formación de imágenes por ultrasonidos y resumir la investigación sobre los agentes de mejora del contraste de los ultrasonidos a la luz de aquélla.

Los materiales que son útiles como agentes de contraste de los ultrasonidos actúan debido a que tienen un efecto sobre las ondas de ultrasonidos a medida que atraviesan el cuerpo y son reflejadas para crear la imagen a partir de la cual se realiza un diagnóstico médico. En un intento de desarrollar un agente eficiente de contraste de imágenes, el entendido en la técnica reconoce que diferentes tipos de substancias afectan a las ondas de ultrasonidos de maneras diferentes y en grados variables. Además, algunos de los efectos causados por los agentes de mejora del contraste son medidos y observados más fácilmente que otros. Así, al seleccionar una composición ideal para un agente de mejora del contraste, se preferirá la substancia que tenga el efecto más espectacular sobre la onda de ultrasonidos cuando atraviesa el cuerpo. Además, el efecto sobre la onda de ultrasonidos debe ser fácilmente medido. Existen tres efectos principales de mejora del contraste que pueden verse en una imagen de ultrasonidos: retrodispersión, atenuación del haz y diferencial de velocidad de sonido. Cada uno de estos efectos se describirá sucesivamente.

A. Retrodispersión

Cuando una onda de ultrasonidos que está atravesando el cuerpo encuentra una estructura, tal como un órgano u otro tejido del cuerpo, la estructura refleja una parte de la onda de ultrasonidos. Estructuras diferentes dentro del cuerpo reflejan la energía de ultrasonidos de formas diferentes y con intensidades variables. Esta energía reflejada es detectada y utilizada para generar una imagen de las estructuras a través de las cuales ha pasado la onda de ultrasonidos. El término "retrodispersión" se refiere a los fenómenos en los cuales la energía de ultrasonidos es dispersada hacia la fuente por parte de una substancia con ciertas propiedades físicas.

Se ha reconocido desde hace largo tiempo que el contraste observado en una imagen de ultrasonidos puede mejorarse por medio de la presencia de substancias de las que se sabe que causan una gran cantidad de retrodispersión. Cuando una substancia de este tipo es administrada a una parte determinada del cuerpo, se mejora el contraste entre la imagen de ultrasonidos de esta parte del cuerpo y los tejidos circundantes que no contienen la substancia. Se comprende perfectamente que, debido a sus propiedades físicas, las substancias diferentes causan retrodispersión en grados variables. De conformidad con ello, la búsqueda de agentes de mejora del contraste se ha focalizado en substancias que sean estables y no tóxicas y que exhiban la máxima cantidad de retrodispersión.

Efectuando algunas suposiciones sobre la manera en que una substancia refleja la energía de ultrasonidos, se han desarrollado fórmulas matemáticas que describen el fenómeno de la retrodispersión. Trabajando con estas fórmulas, un investigador experto puede estimar la capacidad de retrodispersión que causan los agentes gaseosos, líquidos y sólidos de mejora del contraste, y el grado en el cual una substancia particular causa retrodispersión medible puede compararse con otras substancias basadas en las características físicas de las que se sabe que causan el fenómeno de la retrodispersión. A modo de ejemplo simple, la capacidad de la substancia A para causar retrodispersión será mayor que la de la substancia B si, siendo iguales los demás factores, la substancia A es mayor que la substancia B. Así, cuando ambas substancias son halladas por una onda de ultrasonidos, la substancia mayor dispersa una cantidad mayor de la onda de ultrasonidos.

La capacidad de una substancia para causar retrodispersión de energía de ultrasonidos depende también de otras características de la substancia, tales como de su capacidad de ser comprimida. Es de particular importancia el espectacular incremento de retrodispersión provocado por las burbujas de gas debido al fenómeno de resonancia de las burbujas que se describe en lo que sigue. Cuando se examinan diferentes substancias, es útil comparar una medición particular de la capacidad de una substancia para causar retrodispersión, conocida como la "sección transversal de dispersión".

La sección transversal de dispersión de una substancia particular es proporcional al radio del dispersor, y depende también de la longitud de onda de la energía de ultrasonidos y de otras propiedades físicas de la substancia, J. Ophir y K. J. Parker, Contrast Agents in Diagnostic Ultrasound, Ultrasound in Medicine & Biology, vol. IS, No. 4, pág. 319, 323 (1989).

La sección transversal de dispersión de un pequeño dispersor, a, puede determinarse por medio de una ecuación conocida:

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en la cual \kappa = 2\pi/\lambda, en la cual \lambda es la longitud de onda; a = al radio del dispersor; \kappa_{s} = compresibilidad adiabática del dispersor; \kappa = compresibilidad adiabática del medio en el cual existe el dispersor, \rho_{s} = densidad de los dispersores y \rho =
densidad del medio en el que existe el dispersor. P. M. Morse y K. U. Ingard, Theoretical Acoustics, p. 427, McGraw Hill, New York (1968).

Al evaluar la utilidad de diferentes substancias como agentes de contraste de imágenes, puede utilizarse esta ecuación para determinar qué agentes tendrán la mayor sección transversal de dispersión y, de conformidad con ello, qué agentes proporcionarán el mayor contraste en una imagen de ultrasonidos.

Con referencia a la anterior ecuación, la primera cantidad dentro de corchetes en la anterior ecuación puede suponerse constante con la finalidad de comparar dispersores sólidos, líquidos y gaseosos. Puede suponerse que la compresibilidad de una partícula sólida es mucho menor que la del medio circundante y que la densidad de la partícula es mucho mayor. Utilizando esta suposición, la sección transversal de dispersión de un agente de mejora del contraste en partículas sólidas se ha estimado de 1,75. Ophir y Parker, supra, en 325.

Para un dispersor líquido puro, la compresibilidad adiabática y la densidad del dispersor \kappa_{s} y del medio circundante \kappa son susceptibles de ser aproximadamente iguales lo cual, a partir de la anterior ecuación, proporcionaría el resultado de que los líquidos tendrían una sección transversal de dispersión de cero. Sin embargo, los líquidos pueden exhibir algo de retrodispersión si se hallan presentes grandes volúmenes de un agente líquido, presumiblemente debido a que el término a de la primera cantidad entre corchetes de la anterior ecuación puede hacerse suficientemente grande. Por ejemplo, si un agente líquido pasa desde un vaso muy pequeño a uno de muy grande de modo tal que el líquido ocupe substancialmente todo el vaso, el líquido puede exhibir una retrodispersión medible. No obstante, a la luz de la anterior ecuación y de lo siguiente, los entendidos en la técnica apreciarán que los líquidos puros son dispersores relativamente ineficientes en comparación con las microburbujas de gas libre.

Es sabido que los cambios en las propiedades acústicas de una substancia son pronunciados en la interfaz entre dos fases, es decir líquido/gas, debido a que las características de reflexión de una onda de ultrasonidos cambian marcadamente en esta interfaz. Además, la sección transversal de dispersión de un gas es substancialmente diferente de la de un líquido o sólido debido, en parte, a que una burbuja de gas puede comprimirse en un grado mucho mayor que un líquido o un sólido. Las características físicas de las burbujas de gas en disolución son conocidas y pueden utilizarse valores estándar de cifras de compresibilidad y de densidad para el aire ordinario en la anterior ecuación. Utilizando estos valores estándar, el resultado del segundo término solo, entre corchetes, en la anterior ecuación es de aproximadamente 10^{14}, Ophir y Parker supra, en 325, variando la sección transversal total de dispersión según varía el radio a de la burbuja. Además, las burbujas de gas libre en un líquido exhiben movimiento oscilatorio de modo tal que, a ciertas frecuencias, las burbujas de gas resonarán a una frecuencia próxima a la de las ondas de ultrasonidos comúnmente utilizadas en la formación médica de imágenes. Como resultado de ello, la sección transversal de dispersión de una burbuja de gas puede ser más de mil veces superior que su tamaño físico.

Por ello, se reconoce que las microburbujas de gas son dispersores superiores de la energía de ultrasonidos y serían un agente de mejora del contraste ideal si pudiera superarse el obstáculo de su rápida entrada en disolución.

B. Atenuación del haz

Otro efecto que puede observarse por la presencia de ciertos agentes sólidos de mejora del contraste es la atenuación de la onda de ultrasonidos. Se ha observado contraste de imagen en la formación convencional de imágenes debido a las diferencias de atenuación localizadas entre ciertos tipos de tejidos. K. J. Parker y R. C. Wang, "Measurement of Ultrasonic Attenuation Within Regions selected from B-Scan Images", IEEE Trans. Biomed. Enar. BME 30 (8), págs. 431-37 (1983); K. J. Parker, R. C. Wang y R. M. Lerner, "Attenuation of Ultrasound Magnitude and Frequency Dependence for Tissue Characterization" Radiology, 153(3), págs. 785-88 (1984). Se ha formulado la hipótesis de que las mediciones de la atenuación de una zona de tejido tomadas antes y después de la infusión de un agente pueden producir una imagen mejorada. Sin embargo, las técnicas basadas en el contraste de atenuación como medio de medir la mejora del contraste de un agente líquido no están bien desarrolladas y, aunque estuvieran completamente desarrolladas, pueden sufrir de limitaciones en cuanto a los órganos o estructuras internos con los que puede utilizarse esta técnica. Por ejemplo, es improbable que una pérdida de atenuación debida a agentes líquidos de contraste pudiera observarse en la imagen del sistema cardiovascular debido al alto volumen de agente de contraste líquido que debería estar presente en un vaso dado antes de que pudiera medirse una diferencia substancial de atenuación.

Se ha logrado la medición del contraste de atenuación causado por microesferas de Albunex (Molecular Biosystems, San Diego, CA) in vitro y se ha sugerido que podría lograrse la medición del contraste de atenuación in vivo. H. Bleeker, K. Shung, J. Burnhart, "On the Application of Ultrasonic Contrast Agents for Blood Flowometry and Assessment of Cardiac Perfusión" J. Ultrasound Med. 9:461-471 (1990). El Albunex® es una suspensión de microesferas llenas de aire encapsuladas de 2-4 micras de las que se ha observado que tenían estabilidad aceptable in vivo y son de un tamaño suficientemente pequeño para que pueda producirse mejora del contraste en el atrio o ventrículo izquierdo. Además, se ha observado el contraste de atenuación que resulta de las partículas de éster de etilo de yodipamida (IDE, de las siglas en inglés) acumuladas en el hígado. Bajo tales circunstancias, se considera que la mejora de contraste resulta de la atenuación de la onda de ultrasonidos que resulta de la presencia de partículas densas en un medio blando. La absorción de energía por parte de las partículas se produce por un mecanismo denominado "movimiento relativo". Puede mostrarse que el cambio de atenuación provocado por el movimiento relativo aumenta linealmente con la concentración de partículas y con el cuadrado de la diferencia de densidad entre las partículas y el medio circundante. K. J. Parker, et al., "A Particulate Contrast Agent with Potential for Ultrasound Imaging of Liver", Ultrasound in Medicine & Biology, Vol. 13, No. 9, págs. 555, 561 (1987). Por ello, cuando se produce una substancial acumulación de partículas sólidas, el contraste de atenuación puede ser un mecanismo viable para observar la mejora del contraste de imágenes aunque el efecto es de una magnitud mucho menor que el fenómeno de retrodispersión y parecería ser de poca utilidad en diagnósticos cardiovasculares.

C. Diferencial de velocidad de sonido

Se ha propuesto una técnica adicional posible para mejorar el contraste en una imagen de ultrasonidos en base al hecho de que la velocidad del sonido varía en función de los medios a los que atraviesa. Por ello, si un volumen suficientemente grande de un agente, a través del cual la velocidad del sonido es diferente que en el tejido circundante, puede infundirse en una zona concreta, puede ser medible la diferencia de la velocidad del sonido a través de la zona concreta. Actualmente, esta técnica es sólo experimental.

Por ello, considerando las tres técnicas descritas anteriormente para la mejora del contraste en una imagen de ultrasonidos, el marcado incremento de retrodispersión causado por microburbujas de gas libre es el efecto más espectacular y los agentes de mejora del contraste que aprovechen esos fenómenos serían los más deseables si se pudiera superar el obstáculo de su limitada estabilidad en disolución.

Materiales actualmente utilizados como agentes de mejora del contraste

A la luz de lo que es conocido sobre las distintas técnicas descritas anteriormente, los intentos para desarrollar un agente de mejora del contraste cuya presencia genere un contraste substancial en una imagen de ultrasonidos, y cuya supervivencia in vivo sea suficientemente larga para permitir la formación de imágenes con contraste mejorado del sistema cardiovascular ha conducido a la investigación de una gran variedad de substancias -gases, líquidos, sólidos y sus combinaciones- como agentes potenciales de mejora de contraste.

A. Partículas sólidas

Típicamente, las substancias sólidas que han sido estudiadas como potenciales agentes de mejora del contraste son partículas extremadamente pequeñas que se fabrican con un tamaño uniforme. Gran número de estas partículas pueden infundirse y circular libremente en el flujo sanguíneo o pueden inyectarse en una estructura o zona particular del cuerpo.

Las partículas de IDE son partículas sólidas que pueden producirse en grandes cantidades con una distribución de tamaño relativamente estrecha de aproximadamente 0,5-2,0 \mum (micras). Pueden inyectarse inyecciones salinas estériles de estas partículas y tenderán a acumularse en el hígado. Una vez se produce una acumulación substancial, puede verse la mejora de contraste ya sea por el mecanismo de contraste de atenuación o por el mecanismo de retrodispersión. Aunque las suspensiones que comprenden estas partículas sólidas dispersas en un líquido pueden exhibir una estabilidad aceptable, los efectos de retrodispersión o de atenuación son relativamente menores en comparación con las burbujas de gas libre y debe producirse una substancial acumulación de las partículas antes de que se observe un contraste apreciable en una imagen de ultrasonidos. Así, el uso de estas suspensiones ha estado limitado a ciertos tipos de células en las cuales las partículas tienen tendencia a coagular debido a que, a no ser que la suspensión se haga altamente concentrada en el tejido particular, la mejora del contraste será menor.

El SHU-454® (Schering, A. G., Berlín Oeste, Alemania) es un agente experimental de mejora del contraste en forma de polvo que, cuando se mezcla con un diluyente sacárido, forma una suspensión de cristales de varias formas rombóideas y poliédricas con ramas de tamaño desde 5 a 10 micras. Aunque el mecanismo preciso por el cual estos cristales mejoran el contraste de ultrasonidos no se comprende completamente, se sospecha que los cristales pueden atrapar microburbujas en su estructura o que los mismos cristales pueden retrodispersar energía de ultrasonidos por un mecanismo hasta ahora indeterminado.

B. Líquidos y emulsiones

En otro intento de lograr un agente satisfactorio, se preparan emulsiones por combinación de una especie química compatible con el tejido corporal y una especie que proporciona una alta mejora del contraste de ultrasonidos. EP-A-0231091 describe emulsiones de aceite en agua que contienen compuestos orgánicos altamente fluorados que han sido estudiadas en conexión a su eventual uso como un substituto de la sangre y que son también capaces de proporcionar un contraste mejorado en una imagen de ultrasonidos.

También se han examinado emulsiones que contienen bromuro de perfluoroctilo (PFOB, de las siglas en inglés). Las emulsiones de bromuro de perfluoroctilo son compuestos líquidos de los que se conoce que tienen la capacidad de transportar oxígeno. Las emulsiones de PFOB han exhibido una utilidad limitada como agentes de contraste de ultrasonidos debido a una tendencia a acumularse en ciertos tipos de células. Aunque el mecanismo no se comprende completamente, las emulsiones de PFOB pueden proporcionar contraste de ultrasonidos debido a su elevada densidad y constante de compresibilidad relativamente grande.

US-A-4.900.540 describe el uso de liposomas basados en fosfolípidos que contienen un gas o precursor de gas como agente de mejora del contraste. Un liposoma es una vesícula microscópica esférica que contiene una bicapa de fosfolípidos y otras moléculas anfipáticas y una cavidad interior acuosa, todo lo cual es compatible con las células del cuerpo. En la mayor parte de aplicaciones, los liposomas se utilizan como medio de encapsular materiales biológicamente activos. La anterior referencia describe el uso de un gas o de precursores de gas incorporados en el núcleo del liposoma para proporcionar una mayor duración de vida del gas cuando se infunde en el cuerpo. La producción de liposomas estables es un proceso caro y largo que requiere materias primas y equipo especializados.

C. Microburbujas

Como se ha indicado anteriormente, un parámetro crítico que debe ser satisfecho por una microburbuja utilizada como agente de mejora del contraste es el tamaño. Las microburbujas de gas libre mayores de aproximadamente 8 \mum (micras) pueden ser aún suficientemente pequeñas para evitar que impidan el flujo sanguíneo o que ocluyan los lechos vasculares. Sin embargo, las microburbujas mayores de 8 \mum (micras) se eliminan de la circulación sanguínea cuando la sangre fluye a través de los pulmones. Como se ha observado anteriormente, los investigadores médicos han informado en la literatura médica que las microburbujas suficientemente pequeñas que atraviesan los pulmones se disolverán tan rápidamente que no es posible una mejora del contraste de las imágenes de la izquierda del corazón con una microburbuja de gas libre. Meltzer, R.S., Tickner, E.G., Popp, R.L., "Why Do the Lungs Clear Ultrasonic Contrast?" Ultrasound in Medicine and Biology, vol. 6, págs. 263, 267 (1980).

Sin embargo, sabiendo las ventajas que se obtienen por el uso de microburbujas como agentes de mejora del contraste en virtud a su gran sección transversal de dispersión, se ha focalizado una considerable atención en el desarrollo de mezclas que contienen microburbujas que se hacen estables en disolución. La mejora de la estabilidad de las microburbujas de gas puede lograrse con varias técnicas.

Cada una de las siguientes técnicas implica esencialmente la suspensión de una colección de microburbujas en un substrato en el cual una burbuja de gas ordinario es más estable que en la circulación sanguínea.

En una realización, se crean microburbujas en líquidos viscosos que se inyectan o infunden en el cuerpo mientras está progresando el diagnóstico de ultrasonidos. La teoría en que se basa el uso de fluidos viscosos implica el intento de reducir la tasa a la cual el gas se disuelve en el líquido y, al hacerlo, se proporcionar un entorno químico más estable para las burbujas de modo que se prolongue su tiempo de vida.

Se han descrito diversas variantes de esta realización general. EP-A-0324938 describe una disolución viscosa de un material biocompatible, tal como una proteína humana, en la cual están contenidas las microburbujas. Sometiendo una disolución viscosa de proteínas a exposición de ondas ultrasónicas, se forman microburbujas en la disolución. La desnaturalización parcial de la proteína por tratamiento químico o por calor proporciona estabilidad adicional a las microburbujas de la disolución al disminuir la tensión superficial entre la burbuja y la disolución.

Por ello, las anteriores realizaciones pueden clasificarse como un intento de mejorar la estabilidad de las microburbujas por medio del uso de un medio estabilizante en el cual están contenidas las microburbujas. Sin embargo, ninguna de estas realizaciones se ha enfrentado con las propiedades principales físicas y químicas de gases que tienen seriamente limitado el uso de microburbujas de gas libre en diagnósticos de ultrasonidos, particularmente con respecto al sistema cardiovascular. Ninguna de estas realizaciones sugiere que la selección de los gases, por medio de criterios precisos, proporcionaría la posibilidad de producir microburbujas estables con un tamaño que permitiría la formación transpulmonar de imágenes por ultrasonidos con contraste mejorado.

El comportamiento de las microburbujas en disolución puede describirse matemáticamente en base a ciertos parámetros y características del gas a partir del cual está formada la burbuja y de la disolución en la cual está presente la burbuja. Dependiendo del grado en que una disolución está saturada con el gas del que están formadas las microburbujas, puede calcularse el tiempo de supervivencia de las microburbujas. P.S. Epstein, M.S. Plesset, "On the Stability of Gas Bubbles in Liquid-Gas Solutions", The Journal of Chemical Physics, Vol. 18, No. 11, 1505 (1950). En base a los cálculos, es evidente que a medida que disminuye el tamaño de la burbuja, aumenta la tensión superficial entre la burbuja y la disolución circundante. A medida que aumenta la tensión superficial, la tasa a la que se disuelve la burbuja en la disolución aumenta rápidamente y, por ello, disminuye cada vez más rápidamente el tamaño de la burbuja. Así, la tasa a la que se contrae la burbuja aumenta a medida que disminuye el tamaño de la burbuja. El efecto final de esto es que una población de pequeñas microburbujas de gas libre compuestas por aire ordinario se disuelve tan rápidamente que el efecto de mejora del contraste es de una vida extremadamente corta. Utilizando fórmulas matemáticas conocidas, se puede calcular que una microburbuja de aire que tiene un diámetro de 8 \mum (micras), que es suficientemente pequeño para atravesar los pulmones, se disolverá entre 190 y 550 milisegundos dependiendo del grado de saturación de la disolución circundante. En base a estos cálculos, los investigadores médicos que estudian la forma en la que los pulmones eliminan agente de contraste de ultrasonidos han calculado los tiempos de disolución de las microburbujas de los gases oxígeno y nitrógeno en la sangre humana y canina y han concluido que los agentes de contraste de microburbujas de gas libre no permitirán la formación de imágenes de contraste mejorado del ventrículo izquierdo debido a la vida extremadamente breve de las microburbujas.

Las propiedades físicas de los sistemas que incluyen burbujas de gas o de gases disueltos en disoluciones líquidas han sido investigadas con detalle, incluyendo la difusión de las burbujas de aire formadas en el flujo de cavitación de un líquido y la dispersión de la luz y el sonido en agua por parte de las burbujas de gas.

La estabilidad de las burbujas de gas en disolución líquido-gas ha sido investigada tanto teóricamente, Epstein P.S. y Plesset M.S., On The Stability of Gas Bubbles in Liquid-Gas Solutions, J. Chem. Phys 18:1505-1509 (1950), como experimentalmente, Yang WJ, Dynamics of Gas Bubbles in Whole Blood and Plasma, J. Biomech 4:119-125 1971); Yang WJ, Echigo R., Wotton DR, y Hwang JB, Experimental Studies of the Dissolution of Gas Bubbles in Whole Blood and Plasma-I. Stationary Bubbles. J. Biomech 3:275-281 (1971); Yang WJ, Echigo R., Wotton DR, Hwang JB, Experimental Studies of the Disolution of Gas Bubbles in Whole Blood and Plasma-II. Moving Bubbles or Liquids. J. Biomech 4:283-288 (1971). Las propiedades físicas y químicas del líquido y del gas determinan el comportamiento cinético y termodinámico del sistema. Las propiedades químicas del sistema que influencian la estabilidad de una burbuja y, de conformidad con ello, el tiempo de vida, son la tasa y extensión de reacciones que consumen, transforman o generan moléculas de gas.

Por ejemplo, una reacción bien conocida que se observa entre un gas y un líquido tiene lugar cuando dióxido de carbono gaseoso está presente en agua. A medida que el gas se disuelve en la disolución acuosa, se crea ácido carbónico por hidratación del dióxido de carbono gaseoso. Debido a que el dióxido de carbono gaseoso es muy soluble en agua, el gas se difunde rápidamente en la disolución y el tamaño de las burbujas disminuye rápidamente. La presencia del ácido carbónico en la disolución altera la química de ácido-base de la disolución acuosa y, a medida que la disolución del gas hace cambiar las propiedades químicas de la disolución, cambia la estabilidad de las burbujas de dióxido de carbono gaseoso al saturarse la disolución. En este sistema, la tasa de disolución de una burbuja de gas depende en parte de la concentración de dióxido de carbono gaseoso que ya está disuelto en la disolución.

Sin embargo, dependiendo del gas o el líquido particulares presentes en el sistema, el gas puede ser substancialmente insoluble en el líquido y la disolución de una burbuja de gas será más lenta. En esta situación, se ha descubierto que es posible calcular la estabilidad de las burbujas en un sistema de gas-líquido examinando ciertos parámetros físicos del gas.

Los medios de contraste para la mejora de la imagen de ultrasonidos de la presente invención se definen en la reivindicación 1.

Se ha descubierto que es posible identificar sistemas químicos en los cuales burbujas de gas extremadamente pequeñas no son reactivas en una disolución acuosa. Basándose en el método descrito aquí, un entendido en la técnica puede seleccionar especialmente gases particulares según sus propiedades físicas y químicas para el uso en la formación de imágenes por ultrasonidos. Estos gases pueden utilizarse para producir medios de mejora del contraste que son el objeto de esta invención. Las microburbujas pueden producirse utilizando ciertas técnicas existentes que emplean aire ordinario y pueden infundirse como en un diagnóstico convencional por ultrasonidos.

El método requiere efectuar cálculos, en concordancia con las ecuaciones proporcionadas aquí, basados en propiedades físicas intrínsecas de un gas y un líquido. Particularmente, la densidad de un gas, la solubilidad de un gas en disolución y difusividad de un gas en disolución, que a su vez depende del volumen molar del gas y de la viscosidad de la disolución, se utilizan en las ecuaciones descritas en lo que sigue. Así, por medio del método descrito aquí, pueden evaluarse las propiedades físicas de un sistema gas-líquido dado, pueden estimarse la tasa y el grado de colapsado de las burbujas, y pueden seleccionarse gases que constituirían agentes efectivos de mejora del contraste, en base a estos cálculos. Utilizando técnicas existentes, pueden entonces producirse y utilizarse medios de mejora de contraste substancialmente mejorados para mejorar la calidad y la utilidad de la formación de imágenes por ultrasonidos.

Descripción detallada de la invención

Para comprender esta invención, es útil deducir las relaciones matemáticas que describen los parámetros de un sistema gas-líquido y el efecto sobre la estabilidad de las burbujas que se produce cuando se altera un valor de uno o más de estos parámetros. Se supone que, en el momento o tiempo inicial, T_{0}, una burbuja esférica de gas X, con un radio de R_{0}, se dispone en una disolución en la cual la concentración inicial de gas X disuelto en la disolución es igual a cero. Al cabo de cierto período de tiempo, la burbuja de gas X se disolverá en el disolvente, momento en el cual su radio R será igual a cero. Supóngase además que la disolución está a una temperatura y a una presión constantes y que la concentración de gas disuelto para una disolución saturada con el gas en particular se designa con C_{s}. Así, en T_{0}, la concentración del gas en la disolución es cero, lo que significa que no se ha disuelto aún nada de gas y que todo el gas que está presente está contenido aún dentro de la burbuja de radio R_{0}.

A medida que pasa el tiempo, debido a la diferencia de la concentración del gas en la burbuja y del gas en la disolución, la burbuja tenderá a contraerse cuando el gas de la burbuja se disuelva en el líquido por medio del proceso de difusión. El cambio del radio de la burbuja desde su radio original de R_{0} a un radio menor R, después del paso de una cantidad determinada de tiempo, se expresa por medio de la Ecuación (1),

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en la cual R es el radio de la burbuja en el momento T, D es el coeficiente de difusividad del gas particular en el líquido y \rho es la densidad del gas particular del que está compuesta la burbuja.

Resulta que el tiempo T requerido para que una burbuja se disuelva completamente puede determinarse a partir de la Ecuación (1) haciendo que R/R_{0} = 0, y resolviendo para T:

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Este resultado indica cualitativamente que la estabilidad de la burbuja, y por lo tanto el tiempo de vida, se mejora aumentando el tamaño inicial R_{0} de la burbuja o seleccionando un gas de mayor densidad \rho, de menor solubilidad C_{s} en la fase líquida o de un menor coeficiente de difusividad D.

La difusividad D de un gas en un líquido depende del volumen molar del gas (Vm), y de la viscosidad de la disolución (\eta) tal como lo expresa una Ecuación conocida:

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Substituyendo en la Ecuación (2) la expresión de D dada en la Ecuación (3) se observa que la estabilidad de la burbuja se mejora utilizando gases de mayor volumen molar Vm, que tienden a tener un mayor peso molecular, y líquidos de mayor viscosidad.

A título de ejemplo, puede hacerse una comparación de la estabilidad de las microburbujas de aire y de las microburbujas compuestas por gases especialmente seleccionados por el método revelado aquí. Tomando el valor de D para el aire en el agua a 22ºC como 2 x 10^{-5} cm^{2}s^{-1} y la relación C_{s}/\rho = 0,02 (Epstein y Plesset, Ibid.), se obtienen los siguientes datos para el tiempo t para la disolución completa de burbujas de aire en agua (no saturada con aire):

TABLA I

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Si el tiempo de tránsito de la sangre desde las capilaridades pulmonares al ventrículo izquierdo es de dos segundos o más (Hamilton, W.F. editor, Handbook of Phisiology, Vol. 2, sección 2, CIRCULATION, American Physiology Society, Washington D.C., p. 709, (1963)), y sabiendo que sólo microburbujas de aproximadamente 8 \mum (micras) o inferiores serán suficientemente pequeñas para atravesar los pulmones, es evidente que ninguna de estas burbujas tiene una vida en disolución lo suficientemente larga para que sean agentes de contraste útiles para la formación de imágenes de contraste mejorado de ultrasonidos del ventrículo izquierdo.

El método permite la identificación de gases potencialmente útiles por comparación de las propiedades de cualquier gas particular, indicado como gas X en la siguiente descripción, respecto al aire. Tomando las Ecuaciones (2) y (3) anteriores, puede formularse un coeficiente Q para un gas particular X que describirá la estabilidad de las microburbujas compuestas por gas X en un líquido dado. El valor del coeficiente Q determinado por este método para un gas particular X puede utilizarse también para determinar la utilidad del gas X como agente de mejora del contraste de ultrasonidos en comparación con el aire ordinario.

A partir de la Ecuación (2) anterior, puede escribirse una ecuación que describe el tiempo necesario para la disolución completa de una burbuja de gas X en comparación con la burbuja del mismo tamaño de aire ordinario bajo condiciones idénticas de temperatura de la disolución y de viscosidad de la disolución, en base a las propiedades físicas del gas X y del aire:

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o, si D es conocida para el gas X,

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Para formular esta ecuación de modo que pueda obtenerse el valor Q para permitir la comparación del gas X con el aire, puede reescribirse la anterior ecuación como:

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Asumiendo por comparación, una disolución de agua a 22 grados C, la densidad, la difusividad y la solubilidad del aire en la disolución son cantidades conocidas que pueden substituirse en la anterior ecuación proporcionando:

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Substituyendo la Ecuación (3) en la anterior para gases cuya difusividad D_{x} no es fácilmente conocida y suponiendo que el siguiente término \eta de viscosidad siguiente para el agua a 22 grados C es aproximadamente igual a 1,0 cP,

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Así, conociendo la densidad, la solubilidad, y el volumen molar de un gas, este método permite el cálculo del valor del coeficiente Q.

Si Q es inferior a uno, las microburbujas de gas X serán menos estables en un disolvente dado que las microburbujas de aire. Si Q es mayor de uno, las microburbujas formadas de gas X serán más estables que las microburbujas de aire y sobrevivirán en disolución durante más tiempo que las burbujas de aire. Siendo iguales todas las demás propiedades para un tamaño dado de microburbuja, el tiempo para la disolución completa de una microburbuja de gas X es igual al tiempo para la disolución completa de una microburbuja de aire ordinario multiplicado por el coeficiente Q. Por ejemplo, si el coeficiente Q para el gas X es 10.000, una microburbuja de gas X sobrevivirá 10.000 veces más en disolución si se compara con una microburbuja de aire. Puede determinarse un valor de Q para cualquier gas en cualquier disolución suponiendo que las cantidades identificadas aquí son conocidas o pueden estimarse.

Pueden necesitarse diferentes métodos para determinar o estimar valores de los parámetros individuales de densidad, difusividad y solubilidad, dependiendo de la estructura química del gas. Los valores de estos parámetros pueden o no hallarse disponibles de fuentes conocidas de literatura científica tales como la Gas Encyclopedia o las tabulaciones publicadas por la American Chemical Society. Los valores de la densidad de la mayor parte de gases son fácilmente obtenibles a partir de fuentes tales como Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, 72a Ed. (1991-92). Además, la solubilidad en agua y el volumen molar de algunos gases se han medido con exactitud. Sin embargo, en muchos casos los cálculos de los valores numéricos para el volumen molar y la solubilidad pueden tenerse que realizar o estimar para proporcionar los datos utilizados para determinar el valor del coeficiente Q para un gas individual por medio del método descrito anteriormente. Un ejemplo del cálculo de valores de Q para una selección preferida de gases ilustra como el método puede aplicarse a gases individuales.

De manera general, muchos gases que contienen flúor exhiben una solubilidad extremadamente baja en agua, y tienen pesos moleculares relativamente altos, altos volúmenes molares y altas densidades. Para determinar el valor de Q para varios gases, se determinan la solubilidad, volumen molar y densidad de los gases individuales y los valores se substituyen en las Ecuaciones (7) o (8) anteriores.

Determinación de Solubilidad de Gases para Fluorocarbonos

Este método para estimar la solubilidad de los gases de los fluocarbonos utiliza la extrapolación de los datos experimentales de Kabalnov AS, Makarov KN, y Scherbakova OV. "Solubility of Fluorocarbons in Water as a Key Parameter Determining Fluorocarbon Emulsion Stability", J. Fluor. Chem. 50, 271-284, (1990). La solubilidad de los gases de estos fluorocarbonos se determina con respecto al perfluoro-n-pentano que tiene una solubilidad en agua de 4,0 x 10^{-6} moles por litro. Para una serie homóloga de fluorocarbonos no ramificados, la solubilidad de los gases puede estimarse aumentando o reduciendo este valor por un factor de unos 8,0 para cada aumento o reducción del número de grupos -CF_{2}- adicionales presentes en la molécula.

Determinación del Volumen Molar

El volumen molar (Vm) se estima a partir de los datos de Bondi A., "Van der Waals Volumes and Radii", J. Phys. Chem. 68, 441-451 (1964). El volumen molar de un gas puede estimarse identificando el número y el tipo de átomos que constituyen la molécula de gas en cuestión. Por medio de la determinación del número y del tipo de átomos presentes en la molécula y cómo los átomos individuales están enlazados entre sí, pueden aplicarse valores conocidos para el volumen molecular de los átomos individuales. Considerando la contribución de cada átomo individual y su frecuencia de ocurrencia, puede calcularse el volumen molar total para una molécula de gas particular. Este cálculo se demuestra mejor con un ejemplo.

Es conocido que una molécula de carbono de un enlace carbono de alcano-carbono tiene un volumen molar de 3,3 centímetros cúbicos por mol, que un átomo de carbono en un enlace carbono de alcano-carbono tiene un volumen molar de 10,0 centímetros cúbicos por mol, y que cuando múltiples átomos de flúor están enlazados a un carbono de alcano, un átomo de flúor tiene un volumen molar de 6,0 centímetros cúbicos por mol.

Examinando el octafluoropropano, esta molécula contiene tres átomos de carbono en enlaces carbono de alcano-carbono (3 átomos a 3,3 centímetros cúbicos por mol) y 6 átomos de flúor enlazados a carbonos de alcano (6 átomos a 6,0 centímetros cúbicos por mol); por lo tanto, el octafluoropropano tiene una densidad molar de 58 centímetros cúbicos por mol.

Una vez determinados la densidad, volumen molar y solubilidad, el valor de Q se calcula utilizando la anterior Ecuación 8.

La siguiente Tabla da el listado del valor de Q para varios gases basado en los cálculos detallados anteriormente.

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TABLA II

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Una vez se ha determinado el valor de Q la utilidad de un gas individual como un agente de mejora del contraste de ultrasonidos puede analizarse por determinación del tiempo de vida de una colección de microburbujas compuestas por el gas en cuestión a diferentes tamaños, como se hizo para el aire en la anterior Tabla I. Tomando el valor de Q para el decafluorobutano y examinando el tiempo necesario para que se disuelvan en agua burbujas de varios tamaños, se obtienen los valores de la Tabla III que sigue multiplicando cada uno de los valores de tiempo de la Tabla I por el valor Q para el decafluorobutano:

TABLA III

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Obsérvese que la escala de tiempo de la Tabla III es de minutos en vez de milisegundos como en el caso del aire. Todas las burbujas de decafluorobutano, incluso las tan pequeñas como de 1 \mum (micra), pueden inyectarse periféricamente y no se disolverán en disolución durante los aproximadamente 10 segundos necesarios para alcanzar el ventrículo izquierdo. Pueden realizarse cálculos similares para un gas con cualquier coeficiente Q. Las burbujas ligeramente mayores serán capaces de atravesar los pulmones y seguirán sobreviviendo lo suficiente para permitir tanto el examen de la perfusión miocardial como la formación de imágenes dinámicas de órganos abdominales. Además, como sucede con muchos de los gases identificados por medio de este método, el decafluorobutano se caracteriza por baja toxicidad a dosis pequeñas y por ello ofrecería ventajas substanciales como agente de mejora del contraste en el diagnóstico convencional por ultrasonidos.

La creación manual de una suspensión de microburbujas puede lograrse por varios métodos. US-A-4.832.941 se refiere a un método para producir una suspensión de microburbujas con un diámetro inferior a siete \mum (micras) creadas por pulverización de un líquido a través de una cantidad de gas utilizando una llave de tres vías. Aunque las técnicas podrían variar en la práctica, la llave de tres vías es un método preferido para suspender manualmente una cantidad de gas de alto coeficiente Q para producir los medios de mejora del contraste descritos aquí.

Las técnicas generales para el uso de un dispositivo de llave de tres vías son bien conocidas con respecto a la preparación del coadyuvante común de Freund para inmunizar animales de investigación. Típicamente, una llave de tres vías está compuesta por un par de jeringas, ambas de las cuales están conectadas a una cámara. La cámara tiene una salida desde la cual puede colectarse la suspensión o infundirse directamente.

Las técnicas para el uso de la llave de tres vías pueden diferir de la descrita en US-A-4.832.941 debido a que se utilizan diferentes gases en este proceso. Por ejemplo, el uso de uno de los gases de alto coeficiente Q descritos aquí puede ser más eficiente si el sistema se purga de aire ordinario o se arrastra con otro gas antes de que se produzca la suspensión de microburbujas.

En una realización preferida de la presente invención, una disolución al 40-50% de Sorbitol (D-glucitol) se mezcla con aproximadamente 1-10% en volumen de un gas de alto coeficiente Q, siendo aproximadamente el 5% de gas un valor óptimo. El sorbitol es un compuesto comercialmente disponible que cuando se mezcla en una disolución acuosa aumenta substancialmente la viscosidad de la disolución. Las disoluciones de mayor viscosidad, como se ve en la ecuación 3 anterior, extienden la vida de una microburbuja en disolución. Se prefiere una disolución al 40-50% de Sorbitol para mantenerla como un bolo con la inyección; esto es, lo más intacta posible sin exceder una presión de inyección tolerable. Para producir la suspensión de microburbujas, se colecta en una jeringa una cantidad del gas elegido. En la misma jeringa puede ser contenido un volumen de la disolución de Sorbitol. Se extrae una cantidad de la disolución de Sorbitol con la otra jeringa de modo que la suma de los dos volúmenes proporcione el porcentaje adecuado de gas en base al porcentaje en volumen de microburbujas deseado. Utilizando las dos jeringas, caracterizada cada una por una abertura muy pequeña, el líquido se pulveriza en la atmósfera de gas aproximadamente 25 veces o tantas veces como sea necesario para crear una suspensión de microburbujas cuya distribución de tamaño sea aceptable para las finalidades descritas aquí. Esta técnica puede hacerse variar ligeramente, desde luego, de cualquier manera que logre la suspensión resultante de microburbujas del tamaño deseado a una concentración deseada. El tamaño de las microburbujas puede comprobarse visual o electrónicamente utilizando un Contador Coulter (Coulter Electronics) por medio de un método conocido, Butler, B.D., "Production of Microbubble for Use as Echo Contrast Agents", J. Clin. Ultrasound. V.14 408 (1986).

Ejemplos Ejemplo 1

Se preparó un agente de contraste de ultrasonidos utilizando decafluorobutano como gas de formación de las microburbujas. Se preparó una disolución que contenía:

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Con agitación, se proporcionó una disolución jabonosa, transparente y amarilla. Se tomó una alícuota de 10 ml de esta disolución en una jeringa de vidrio de 10 ml. Entonces la jeringa se fijó a una llave de tres vías. Se fijó una segunda jeringa de 10 ml a la llave y se entregó a la jeringa vacía 1,0 cc de decafluorobutano (PCR, Inc., Gainesville, FL). Se abrió la válvula de la llave hacia la jeringa que contenía la disolución y las fases líquido y gas se mezclaron rápidamente 20-30 veces. Se obtuvo una disolución resultante de color blanco lechoso, ligeramente viscosa.

Ejemplo 2

La emulsión de gas obtenida en el Ejemplo 1 se diluyó con agua (1:10 a 1:1000), se colocó en un hemocitómetro y se examinó bajo microscopio utilizando una lente de inmersión en aceite. La emulsión estaba compuesta predominantemente por burbujas de 2-5 \mum (micra). La densidad era de 50-100 millones de microburbujas por ml de formulación original no diluida.

Ejemplo 3

Se preparó la formulación del Ejemplo 1 y se realizó ecocardiografía en un modelo canino. Un perro mestizo de 17,5 kg se anestesió con isoflurano y se establecieron sensores para medir la ECG, presión sanguínea, ritmo cardíaco y gases de la sangre arterial según los métodos descritos por Keller, MW, Feinstein, SB, Watson, DD: Successful left ventricular opacification following peripheral venous injection of sonicated contrast agent: An experimental evaluation. Am Heart J 114:570d (1987).

Los resultados de la evaluación de seguridad son como sigue:

Cambio porcentual máximo del parámetro medido en los 5 minutos después de la inyección

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Todos los cambios fueron transitorios y volvieron a los valores basales típicamente en 3-6 minutos. Los anteriores datos de seguridad demuestran cambios mínimos en el parámetro hemodinámico medido. Todas las dosis proporcionaron opacificación de las cámaras ventriculares tanto derecha como izquierda. La intensidad aumentó con el aumento de la dosis.

Ejemplo 4

Las anteriores determinaciones específicas de la adecuación de un gas particular para el uso como agente de ultrasonidos pueden aproximarse si el peso molecular de un gas particular es conocido, puede calcularse o puede medirse. Esta aproximación se basa en la determinación de que existe una relación lineal entre el logaritmo del valor de Q y el peso molecular de un gas, como se muestra en la siguiente Figura.

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En base a esta Figura, pueden utilizarse las siguientes directrices para estimar un valor de Q:

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La siguiente Tabla contiene una serie de gases con los datos relevantes de peso molecular y de valor de Q estimado. Cuanto mayor es el valor de Q más prometedor es el gas particular. Son especialmente prometedores los gases con valores de Q superiores a cinco. Deben tenerse en cuenta otras circunstancias, incluyendo el coste y la toxicidad, además de la longevidad de las microburbujas derivadas (tal como se estima por medio del valor de Q) en la determinación de la adecuación de cualquier gas particular como agente de contraste de ultrasonidos.

TABLA IV

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Claims

1. Medios de contraste para la mejora de imágenes de ultrasonidos, caracterizados porque comprenden microburbujas de un gas biocompatible en un vehículo líquido acuoso biocompatible, seleccionándose el gas de entre octafluoropropano, y decafluorobutano, donde dichas microburbujas tienen un diámetro de menos de 8 \mum.

2. Medios de contraste según la reivindicación 1, caracterizados porque comprenden una disolución acuosa de sorbitol como agente de mejora de la viscosidad.