NO163654B - Mikrobobleforloeper i steril, injiserbar enhetsdoseringsform, fremgangsmaate til fremstilling av en vandig suspensjonav mikrobobler og anvendelse av mikrobobleforloeperen for injisering i blodstroemmen hos et levende vesen. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en mikrobobleforløper i steril, injiserbar enhetsdoseringsform, tilpasset for injisering i et væskeholdig område hos et levende vesen, for eksempel blod-strømmen; videre angår den en fremgangsmåte til fremstilling av en vandig suspensjon av mikrobobler egnet for slik injisering som nevnt, og anvendelse av mikrobobleforløperen for injisering i blodstrømmen hos et levende vesen.

Det er kjent at kon^trasten i ultrasoniske bilder forsterkes ved tilstedeværelsen av mikrobobler i en væske, f.eks. blod-strømmen i et test-individ. Litteraturen beskriver dannelse av slike mikrobobler både utenfor test-individet med påfølgende injisering av mikroboblene inn i individets blodstrøm, og dannelse av mikrobobler in situ i blodstrømmen.

Mikrobobler er for eksempel blitt dannet på enkel måte ved kraftig omrøring av en væskeoppløsning, såsom vanlig saltvanns-oppløsning, en fargeoppløsning eller en midlertidig uttatt mengde blod, før den blir injisert inn i blodstrømmen. Dette kan føre til betydelig forsterkning av ultrasonisk bildekontrast, men disse bobler er vanligvis av uensartet størrelse, ofte så store som 2000 jjm i diameter, som er potensielt farlige som gass-emboli. Videre kan verken størrelsen eller konsentrasjonen av mikroboblene reguleres kvantitativt for optimal kontrast,

noe som begrenser deres anvendbarhet. En fremgangsmåte til oppnåelse av mikrobobler av en definert størrelse ved filtrering av bobler fremstilt ved anvendelse av et likestrømspotensial over en sølvplate er beskrevet i US-patent 3 640 271.

I fremgangsmåten ifølge US-patent 4 276 885 dannes mikrobobler av meget nøyaktig størrelse med en membran som er motstandsdyktig mot koalescering, særlig gelatin, og presisjons-mikroboblene injiseres så inn i blodstrømmen. Denne fremgangsmåte fører til betydelig bildeforsterkning sammenlignet med en luftfylt saltoppløsning. Lagring av de således produserte mikrobobler fordrer imidlertid kjøling eller andre teknikker som bevarer mikroboblene.

Ved fremgangsmåten ifølge US-patent 4 265 251 tilsettes en faststoff-mikrobobleforløper, særlig et sakkarid-materiale med innesluttede mikrobobler av gass, vanligvis en gass under trykk, til blodstrømmen. Når sakkaridet oppløses i blodstrømmen, slippes de enkelte mikrobobler ut i blodstrømmen. De således dannede mikrobobler kan anvendes for oppnåelse av et forsterket ultralyd-ekkografisk bilde av en væske som inneholder mikroboblene. Når trykket i hulrommene er annerledes enn trykket i blodstrømmen, produseres ultrasoniske signaler ved dannelse av mikroboblene, som kan anvendes til måling av lokalt blodtrykk. Skjønt disse mikroboble-forløpere ikke fordrer den spesielle lagringsbehandling som fordres for forløperne i US-patent 4 276 885, er antallet mikrobobler pr. volumenhet forløper som kan dannes, naturlig begrenset på grunn av teknologiske faktorer.

Mens noen av mikroboblene ifølge teknikkens stand, særlig gelatin-mikroboblene og mikroboblene dannet fra faststoff-" forløperen, kan lages forholdsvis små, f.eks. 10 pm middel-størrelse eller endog mindre, er det forholdsvis vanskeligere og mer tidkrevende å lage dem i et slikt størrelsesområde og det fordres anvendelse av spesialutstyr og omhyggelig regulerte parametre. Dette øker omkostningene, og de meget små gelatin-mikrobobler gir lagringsvanskeligheter på grunn av deres forholdsvis korte levetid. Videre er antallet mikrobobler som kan dannes i en væske av mikroboble-inneholdende forløpere naturlig begrenset til antallet mikrobobler som finnes i forløperen. Fordi volumet av forløper som kan tilsettes til en væske noen ganger er begrenset, f.eks. i blodet av fysiologiske grunner, og både antallet mikrobobler som kan dannes pr. volumenhet av forløper og den gjennomsnittlige størrelse av disse er begrenset ved teknologiske faktorer, er den ekkogene ugjennomtrengelig-gjøring av væsker som kan oppnås ved slike mikroboble-inneholdende forløpere mindre enn optimal.

Det ville være ønskelig at en faststoff-mikrobobleforløper kunne produsere mikrobobler i en væske, og spesielt i blod, med en meget liten gjennomsnittlig diameter, f.eks. ca. 10 pm eller mindre, i mengder større' enn det som er mulig å produsere i en gel eller fast mikrobobleinneholdende forløper.

Et formål med denne oppfinnelse er å tilveiebringe nye faststoff-mikrobobleforløpere som har den tidligere nevnte mikroboble-produserende evne. Et annet formål er å tilveiebringe faststoff-mikrobobleforløpere som er billigere å fremstille enn faststoff-forløperne ifølge US-patent 4 265 251.

Oppfinnelsen angår således en mikrobobleforløper i steril, injiserbar enhets-doseringsform, tilpasset for injisering i et væskeholdig område hos et levende vesen, for eksempel blod-strømmen, karakterisert ved at den omfatter et partikkelformet fast stoff som er av ikke-toksisk, fysiologisk akseptabelt materiale, oppløselig i væsken/blodet og hovedsakelig fritt for mikrobobler, hvilke partikler er aggregater av mikropartikler med en gjennomsnittlig størrelse i området fra 1 til 250 pm, hvilke mikropartikler avgrenser gassfylte hulrom seg i mellom og kan inneholde intrakrystallinske gasslommér, og hvor forholdet mellom massen av mikropartiklene og volumet av gass i hulrommene dem i mellom er tilstrekkelig stort til at væske/blod hvori mikrobobleforløperen blir oppløst, vil bli overmettet med hensyn til gassen i det område av væsken/blodet som omgir mikroboblene når de dannes deri.

Videre angår oppfinnelsen en fremgangsmåte til fremstilling av en vandig suspensjon av mikrobobler egnet for injisering i et væskeholdig område hos et levende vesen, for eksempel blodstrømmen, karakterisert ved at man umiddelbart før injiseringen fremstiller en suspensjon av (a) en enhetsdoseringsmengde av et sterilt injiserbart materiale i enhetsdoseringsform og egnet for inj isering i et væskeholdig område, for eksempel blodstrømmen, hos et levende vesen og som vil frembringe mikrobobler i væsken/blodstrømmen, omfattende et fast stoff i partikkelform hvilket er av ikke-toksisk, fysiologisk akseptabelt materiale, oppløselig i væsken/blodet og hovedsakelig fritt for mikrobobler, hvis partikler er aggregater av mindre partikler og inneholder gassfylte hulrom, hvor de mindre partikler har en gjennomsnittlig størrelse i området 1-250 pm, og hvor forholdet mellom massen av de mindre partikler og volumet av gass i hulrommene dem i mellom er tilstrekkelig stort til at væske/blod hvori materialet blir oppløst, vil bli overmettet med hensyn til gassen i det område av væsken/blodet som omgir mikroboblene når de dannes deri, og (b) en enhetsdoseringsmengde av en bærervæske som er ikke-toksisk og fysiologisk akseptabel og i hvilken det faste stoff i partikkelform er i det minste temporært stabilt slik at en fluid injiserbar suspensjon kan dannes.

Oppfinnelsen angår også anvendelse av den ovenfor angitte mikrobobleforløper for injisering i blodstrømmen hos et levende vesen. Det vises til krav 6.

Ved hjelp av oppfinnelsen kan en væskes transmisjons-karakteristika overfor en elektromagnetisk eller elastisk bølge forandres for dannelse av et påvisbart signal ved at det i væsken/blodet oppløses et egnet stoff i partikkelform eller en suspensjon av. dette i en egnet bærervæske som er effektiv når det gjelder å danne, i væsken/blodet, en mengde mikrobobler som virker til vesentlig å forandre slike transmisjonskarakteristika i væsken i det området av denne som inneholder mikroboblene.

Ved et foretrukket aspekt måles væskens ugjennomtrengelighet

for ultralyd-bølger.

Tegningen illustrerer sterkt forstørret en foretrukken fast mikroboble-forløper 1 suspendert i en bærervæske 3 og bestående av et aggregat 5 av mikropartikler 7 av den faste forløper med overflater 9 og med adsorbert gass og intra-krystallinsk gass 15 innesluttet i mikropartiklene. Mellom mikropartiklene har aggregatet passasjer 11 som tilveiebringer forbindelse til det indre av aggregatetsom inneholder innesluttet gass 13 i hulrom mellom mikropartiklene 7.

Den foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet spesielt

for ultrasonisk avbilding av blodstrømmen som en hovedillu-strasjon vedrørende anvendelsen. Lignende anvendelser for avbilding av andre væskeinneholdende kar og kamre i legemet, endring av slike andre væskers transmisjons-karakteristika overfor elektromagnetiske bølger og andre elastiske bølger som sendes igjennom væskene, vil da være åpenbar for fagfolk på området.

Ved benyttelse av mikrobobleforløperen og/eller fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse kan en sky av meget små mikrobobler av hovedsakelig ensartet størrelse, vanligvis 10 pm eller mindre i diameter, produseres i væskene, såsom blodstrømmen, hos et levende individ, fortrinnsvis et menneske. Videre produseres så mange av disse mikrobobler at ved en ultrasonisk avbilding av den delen av blodstrømmen som inneholder disse mikrobobler, kan blodstrømmen vise seg å være ugjennom-trengelig, hvis ønskelig, dvs, at en ultrasonisk ugjennom-trengelig sky av mikroboblene kan dannes som har en tendens til fullstendig å fylle blodkaret. Hvis ønskelig kan en lavere konsentrasjon av mikrobobler dannes ved reduksjon av mengden av mikroboble-forløper som injiseres inn i blodstrømmen. Det vil si at densiteten av skyen av mikrobobler kan reguleres ved regulering av mengden av mikroboble-forløper som tilsettes til blodstrømmen. Dette tilveiebringer en meget bedre kontrast og kontrastkontroll enn det som normalt oppnås med mikrobobler ifølge teknikkens stand. De ultrasoniske bilder kan anvendes for kvantitative diagnostiske formål, for bestemmelse av blodstrømningshastighet og lignende, som beskrevet i US-patenter 3 640 271, 4 265 251 og 4 276 885.

Fordi mikroboblene dannet ifølge den foreliggende oppfinnelse kan hovedsakelig fullstendig fylle blodkarene gjennom hvilke de flyter, kan vegg-effekter observeres i blodkaret, dvs, graden av turbulens nær karets vegger og den indre struktur av veggene kan observeres. I tillegg kan de meget små mikrobobler som er dannet passere gjennom kapillærer, idet de således tilveiebringer ultralyd-kontrastforsterkning endog i kapillærsystemer og uten fare for gass-emboli. ørsmå høyre-til-venstre-shunter i hjertet er synlige på ultrasoniske bilder av hjertet, siden de små mikrobobler kan flyte gjennom slike shunter. Små venstre-til-høyre shunter kan også detekteres, siden utstrømnings-sidene ved slike sunter er fri for mikrobobler.

Det er funnet at under visse forhold behøver en faststoff-mikrobobleforløper ikke ha mikrobobler, dvs. ørsmå baller eller kuler av gass fullstendig omgitt av faststoff, til stede i denne foråt mikrobobler skal dannes i en væske når forløperen oppløses i denne. Alt som trenges er at forløperen tilveiebringer et miljø i væsken i hvilken den oppløses som gir mulighet for dannelse av et antall mikrobobler i væsken og for videre eksistens av disse i en begrenset tidsperiode etter deres dannelse.

For at det i det hele tatt skal kunne dannes mikrobobler i en væske i hvilken en mikrobobleforløper oppløses, må der selvfølgelig være en gasskilde som tilveiebringer det gassvolum som trenges for dannelse av mikroboblene. Hittil har denne kilde vært gassen i mikroboblene som.er tilstede i bæreren selv. Disse mikrobobler overføres bare fra forløperen til væsken i hvilken den er oppløst. Gassen kan imidlertid tilføres fra én eller flere av (a) gass tilstede i hulrom mellom mikropartiklene av faststoff-forløperaggregatene; (b) gass adsorbert på overflaten av forløperens partikler; (c) gass som er en vesentlig del av den indre struktur av forløperens partikler; (d) gass dannet når forløperen rea-gerer kjemisk med væsken og (e) gass oppløst i væsken og som frigjøres fra denne når forløperen oppløses i den. Det ble først antatt at sistnevnte var den viktigste gasskilde. Det antas imidlertid nå at i mange tilfeller kommer gassen

i mikroboblene fremstilt ifølge denne oppfinnelse overveiende fra hulrom mellom mikropartiklene i forløperens aggregater og fra overflateadsorbert gass heller enn fra væsken i hvilken forløperen er oppløst, noe som er vist ved forsøk i hvilke faststoff-mikrobobleforløperen ifølge denne oppfinnelse som er blitt omhyggelig avgasset (under vakuun>), tilsettes til en væske som er mettet med gass. I slike forsøk produserte den avgassede forløper meget færre mikrobobler i væsken enn den samme forløper før avgassing. Fordi den gass-mettede væske var uforandret, kan den ikke være den eneste kilde for gassen i mikroboblene. I et annet forsøk, når mikroboble-forløperen (uten avgassing) tilsettes til den samme væske som er blitt omhyggelig.avgasset, dannes mikrobobler i denne, om enn igjen i betydelig mindre mengder enn den samme væske før avgassing. Det sistnevnte forsøk bekrefter at forløperen selv er en betydelig, hvis ikke den overveiende kilde for gassen i de dannede mikrobobler. At en mindre mengde mikrobobler dannes kan forklares enten ved at den avgassede væske ikke lenger er en supplerende kilde for gassen for mikroboblene eller ved at den avgassede væske er

et dårligere miljø enn en gassmettet væske for oppretthol-delsen av mikroboblene etterat de er dannet, som forklart i det følgende. Nåværende tegn tyder på det siste.

Som anført ovenfor er eh videre betingelse for dannelse av et antall mikrobobler ifølge denne oppfinnelse at mikroboble-forløperen tilveiebringer et miljø i væsken i hvilken, den oppløses som gir mikroboblene anledning til fortsatt eksistens i væsken i en egnet tidsperiode, f.eks. ett eller flere sekunder, etter at de er blitt dannet. Denne betingelse oppfylles hvis mengden forløper som oppløses i væsken i det område som umiddelbart omgir hver mikroboble i det øyeblikk den dannes og deretter i løpet av dens nyttige levetid, er tilstrekkelig til å gjøre dette væskeområde overmettet med hensyn til gassen i mikroboblen. De fordrede grader av overmetning må være tilstrekkelige til å kom-pensere for det forhøyede trykk inne i mikroboblen som oppstår på grunn av dens overflatespenning, som vil bli beskrevet. Hvis denne betingelse ikke oppfylles, vil en mikroboble med diameter på lO^um eller mindre bryte sammen i lø-pet av mindre enn et sekund ved oppløsning i væsken sammen med forløperen. Mikroboble-forløperen må således ha tilstrekkelig masse for oppnåelse av denne lokaliserte overmetning.

Endelig, hvis antallet mikrobobler produsert i betydelig grad skal overstige antallet partikler av faststoff-forløper som tilsettes til væsken, må hver partikkel tilveiebringe et antall kjerner som mikrobobler kan dannes fra. Som forklart i det følgende tilveiebringer aggregater av mikropartikler av faststoff-forløperen et slikt antall kjerner .

De førnevnte betingelser kan oppfylles med mange forskjellige typer faststoff, forutsatt at disse stoffene har den nødvendige fysiske struktur. Denne nødvendige fysiske struktur kan bestemmes ut fra de kriterier som er forklart i det følgende.

Mikrobobledannelse ifølge denne, oppfinnelse bestemmes ved de følgende faktorer: 1. Det totale volum av mikroboblene produsert er likt summen av volumet av gass tilført av faststoff-forløperen pluss gassen som utskilles fra den omgivende væske ved oppløsning av faststoff-forløperen. 2. Det totale antall mikrobobler produsert er likt det totale antall mikroboble-k jerne-r tilført av faststof f-f orlø-peren . 3. Størrelsen av hver mikroboble bestemmes av det gassvolum som er tilgjengelig for hver boble-kjerne. 4. Mikrobobleries levetid bestemmes av den tidslengde i hvilken mikroboble-forløperen kan yte lokalisert gass-overmetning i væsken i det område som omgir hver mikroboble. Derved hindres mikroboblen i å oppløses i væsken.

Hver av de ovennevnte faktorer- vil bli omtalt i det følgende:

I. GASSKILDE FOR MIKROBOBLE- DANNELSE

a. Samlet Gassvolum Tilgjengelig for Mikrobobledannelse Volumet g* ass V g innført når en faststoff-mikroboble-forløper .oppløses i en væske kan beregnes som følger:

V = V + V + V. + V

g c a i r

hvor V c = g3 assvolum i interprartikkel-hulrommene mellom mikropartiklene i en aggregat-forløper,

Va = gassvolum adsorbert på overflaten av mikropartiklene ,

V^ = volum av intrakrystall-gass i mikropartiklene,

og

Vr = gassvolum produsert ved kjemisk reaksjon mellom forløperen og den oppløsende væske.

Det totale endelige volum V^ av den gass som er tilgjengelig for dannelse av mikrobobler er dette gassvolum V^ innført ved faststoff-forløperen pluss volumet av oppløst gass Vd utskilt fra væsken ved oppløsning av faststoff-forlø-peren, d.v.s.

V, = V + V,

b g + d

I den foretrukne ,utførelsesform av denne oppfinnelse er Vc> Vd>Va >Vi og Vr = °-

Angitt på en annen måte er det samlede endelige volum av mikroboblene V^ = -g- ND3 hvor D er mikroboblenes endelige gjennomsnittlige diameter og N er det samlede antall boblekjerner (og mikrobobler).

Opprinnelse og relativ betydning av hver av disse kildene som er delaktige i gassforsyningen vil nå bli beskrevet.

b. Gass innesluttet mellom partiklene Mikropartikler av et faststoff kan føyes sammen til aggregater ved elektrostatisk, kjemisk eller fysisk binding. Når det rommet som er mellom mikropartiklene er fylt med gass, vil gassen, i det rette miljø, slippes ut som mikrobobler når aggregatene oppløses i en væske. Den samlede mengde innesluttet gass V avhenger av størrelsesfordelin-gen, formen og graden av komprimering av mikropartiklene som utgjør aggregatene. Hastigheten av aggregatets oppløs-ning, og derfor bobleproduksjons-hastigheten, avhenger også av disse geometriske egenskaper såvel som av oppløselighe-ten av de tilstedeværende mikropartikler. Avhengigheten av størrelsen og antallet av mellomliggende celler av disse geometriske egenskaper hos aggregatene er vel kjent på grunn av betydningen ved produksjonen av og egenskapene ved be-tong. Under mange forhold er denne gass hovedkilden for gass for mikroboble-dannelse i henhold til foreliggende oppfinnelse.

c. Intrakrystall- innesluttet gass

Forskjellige fremgangsmåter for produksjon av krystallinske faststofftyper (enkelt- eller polykrystallinsk) kan bevirke at et gassvolum V\ innesluttes i individuelle krystaller (krystallitter) eller i korngrensene mellom krystal-littene. Siden lommer av denne intra-krystall-gassen kan dannes ved kjernedannelse av gassmolekyler innesluttet (sor-bert) i gitteret, kan gasstrykket i slike lommer være. mye høyere enn trykket ved hvilket gassen ble innført i faststoffet, og mye høyere enn trykket i de boblene de danner. De mikrobobler som dannes når et slikt faststoff oppløses i en væske nær atmosfærisk trykk kan derfor bli mye større enn størrelsen av intrakrystall-gasslommene, de kan ha en mye større ekkogenisitet, og energien som frigjøres ved bobledannelse kan sette væsken i sterk bevegelse, inklusive dannelse av ultralyd-impulser. Også den intrakrystall-innesluttede gass kan være en gass forskjellig fra den gass som er tilstede i hulrommene mellom mikropartiklene i mikroboble-forløper-aggregatene. Det sistnevnte gassvolum er bety-kelig større enn- volumet av intrakrystall-innesluttet gass i de foretrukne forløpere ifølge denne oppfinnelse.

d. Overflate- adsorbert Gass

Gass kan adsorberes på overflaten av mikropartiklene

i aggregatene av "en mikroboble-forløper. Når mikropartiklene er meget små, blir det samlede overflateareal meget stort, og volumet V aav adsorbert gass frigitt kan være betydelig sammenlignet med volumet V av aggregatet. Det kan lett vises at V /V = 7rkT/pd 2D , hvor k er Boltzmann-kon-

a P P

stanten, T er temperatur, p er gasstrykket i mikroboblene,

d er tykkelsen av gassmolekyl-belegget adsorbert på. overflaten av partiklene i aggregatet, og D per den gjennomsnittlige diameter av partiklene. Ved T = 300 oK, p = 1 atm og d = 3,6Å (diameteren av oksygenmolekylet), gir denne ligning V /V —1,0 D , når D måles i mikrometer. Derfor kan

a P P P

et aggregat av mikropartikler med diameter l^um, som har et fullstendig enkelt-belegg av gassmolekyler adsorbert på sin overflate, gi et volum av mikrobobler omtrent likt volumet av aggregatet, og et aggregat av 0,l^,um partikler vil produsere et ti ganger større volum av mikrobobler når det opp-løses.

Skjønt et tettpakket aggregat av meget små mikropartikler teoretisk kan fremskaffe et stort volum adsorbert gass, foretrekkes det at mikroboble-forløperne ifølge denne oppfinnelse danner løst pakkede aggregater, idet hulrommene mellom aggregatenes mikropartikler er hovedkilden for gassen som fremskaffes ved de foretrukne forløpere.

e. Gass produsert ved reaksjon med væsken Hvis mikroboble-forløperen gjennomgår en kjemisk reaksjon under dannelse av en gass når den er oppløst i en væske, f.eks. hvis mikropartikler av natriumbikarbonat innesluttes i aggregatet, kan volumet av gass V rsom således er dannet være med på å fremskaffe gass for mikroboblene. De foretrukne forlø-pere ifølge denne oppfinnelse oppløses bare i væsken uten at de gjennomgår en gassdannende kjemisk reaksjon. Derfor er <V>r vanligvis 0.

f. Gass oppløst i væsken

Når et faststoff oppløselig i en væske mettet med opp-løst gass oppløses i væsken,, kan molekyler av det oppløste faststoff forenes med molekyler av oppløsningsvæsken, idet konsentrasjonen av løsningsmidlet reduseres og fører til at væsken blir overmettet med gass. En slik molekylær forening av et oppløst stoff med dets løsningsmiddel blir vanligvis betegnet " s.olvatasjon" ("hydratas jon" i vandige oppløsninger), og den resulterende reduksjon i gass-oppløselighet blir betegnet "utsalting". Hvis den oppløste væske inneholder kjerner for dannelse av gassbobler, vil gass utskilles fra oppløsningen på disse kjerner under dannelse av bobler.

Dette fenomen kan lett ses når salt eller sukker tilsettes til en kullsyreholdig drikk. Hvis antallet slike kjerner og deres distribusjon i væsken er i riktige forhold, vil gassen danne mikrobobler av den fordrede størrelse i væsken. Gassvolumet utskilt fra slike væsker V, bidrar i betydelig grad til gassvolumet i mikroboblene som dannes ifølge fremgangsmåten i henhold.til denne oppfinnelse, enten ved at volumet økes ved tilførsel av gass fra mikroboble-forløperen, eller ved at mengden av den sistnevnte gass som oppløses i væsken i løpet av mikrobobledannelsen, reduseres. Hvis mikroboble-f orløperen bare tilveiebringer kjernene for mikroboblene og lite eller ingen gass, f.eks. en avgasset forløper inneholdende uløselige boblekjerner, kan gassen i væsken være den vesentlige eller endog den eneste gasskilde for mikroboblene. Omvendt, hvis væsken er fullstendig avgasset, kan den ikke tilføre noe gass.

Den fraksjonen av den oppløste gass som utskilles fra et-volum VT av en gassmettet væske ved solvatasjon (utsalting) ved en. masse M av faststoff-forløper er

hvor a er Bunsen-absorpsjonskoeffisienten (cm Oppløst gass pr. cm 3 væske), og K er solvatasjons-proporsjonalitetsfaktoren. Volumet utskilt gass er derfor V^ = V^Aa.

II. MIKROBOBLE- KJERNER

Det er vist nedenfor at for å oppnå den største ekko-geniske evne for en gitt gassmengde, er det nødvendig å "oppnå den minste praktisk anvendelige boblediameter. Mikrobobler mindre enn.lO^um i diameter, d.v.s. nær. kapillær-diameter, er også ønskelige fysiologisk sett siden de skulle være ufarlige hvis de passerer fra det venøse til det arte-rielle system. Videre kan en tilleggs-resonansforøkelse av ekkogenisitet (mer enn 10 ganger) oppnås ved typiske MHz-ultralydavbildnings-frekvenser hvis bobler i

dette størrelsesområde anvendes.

Det kan vises av de ovenstående ligninger at for å oppnå en gitt ønsket mikroboblediameter D, må antallet boblekjerner pr. masse-enhet. faststoff-forløper n = N/M være

hvor Vg og d er volumet og densiteten av faststoff-forløperen. Hvis det antas at det er e kjerner forbundet med hver mikropartikkel av massen M i aggregatet, må forholdet mellom partikkeldiameter og boblediameter være

III. KRAV FOR BOBLESTABILITET

Levetiden for mikrobobler av den ønskede lille størrelse er vanligvis meget kort i gass-mettet vann eller blod. For eksempel er levetiden for en nitrogenboble med diameter lO^um i nitrogen-mettet vann eller blod bare ca. 1 sekund, og for en boble med diameter l^urn er den bare noen få millisekunder. Graden av gass-overmetning e i en væske som er tilstrekkelig til å forhindre at mikrobobler med den fordrede størrelse D oppløses i væsken over en egnet tidsperiode er gitt ved

hvor t er overflatespenningen i væske-gass-grenseflaten og p er metningstrykket av den oppløste gass i væsken. I den foreliggende oppfinnelse oppnås denne grad av overmetning ved solvatasjon av en. masse M av faststoff-for-løper i væskeområdet med volum VT som inneholder mikroboblene. Den ovenstående ligning pluss ligningen som definerer den fraksjon av den oppløste gass som utskilles fra et volum av en gass-mettet væske, fordrer derfor for stabilitet at

IV. UL TRASONISKE EGENSKAPER VED MIKROBOBLER

Det ultrasonisk spredende tverrsnitt av hver mikroboble er a = D<2>Fr, hvor Fr = {[ (Dr/D) 2-l ] <2> + 6 <2>j<-1> hvor Dr er resonans-boblediameteren og <5 er dempningskonstanten. For . luftbobler i vann er Dr = 650/f cm ved frekvens f og 6 - 0,2.. Når D <>>>Dr, er Fr s 1, og når D = Dr, er Fr = 25.

Den ultrasoniske ekkogenitet for mikroboblene pr. masse-enhet faststoff-forløper, nemlig E = na, er derfor gitt ved

For en gitt gass-oppløselighet a og.en gitt masse M av faststof f-f orløper med densitet d, kan derfor mer ultrasonisk kontrast dannes ved en liten boblediameter D, en stor fraksjon av innesluttet gass Vg/Vg, en høy oppløsningsfaktor K og operasjon nær bobleresonans.

V. OPPSUMMERING AV KRAVENE FOR MIKROBOBLE-FORLØPEREN

OG KVANTITATIVE EKSEMPLER PÅ DISSE

De følgende betingelser er essensielle for dannelse og opprettholdelse av mikrobobler med en gitt fordret diameter som er nyttig for en merkbar tid i en væske med en gitt utgangs-gassinnhold: a) Tilstrekkelig gass må være tilgjengelig i mikroboble-forlø-peren og i væskevolumet VT til å tilveiebringe det samlede

volum Vtø av mikrobobler som gir den fordrede ultrasoniske

ekkogenisitet i volumet VT.

b) Et tilstrekkelig antall gass-kjerner n må tilveiebringes av mikroboble-forløperen for.dannelse av den fordrede diameter D hos mikroboblene med det tilgjengelige gassvolum V^. c) Tilstrekkelig masse M av faststoff må være tilstede i mikroboble-forløperen til å overmette væskevolumet VT med

gass ved solvatasjon slik at bobler med den fordrede diameter D ikke oppløses i løpet av den fordrede anvendelses-periode.

Betingelse a) fordrer tilstrekkelig høye verdier for innesluttet ga■ ssf raks . jon V g /V s og solvatasjons-f aktor K, som samlet er fordrede fysiske og kjemiske egenskaper hos forløpe-ren.

Betingelse b) fordrer et antall gass-kjerner som er i overensstemmelse med Betingelse a) og den fordrede mikroboble-diameter D, og som primært er en fordret fysisk egen-skap hos forløperen.

Betingelse c) fordrer en tilstrekkelig konsentrasjon

av faststoff-forløper M/VT som primært er avhengig av forholdet t/K mellom overflatespenning t og solvatasjonsfak-tor K, Og-begge disse kan påvirkes av de kjemiske egenskaper av faststoff-forløperen og dens bærervæske.

Det følgende "sett av verdier er typisk for de forskjellige fysiske og kjemiske egenskaper hos faststoff-for-løpere egnet til mikroboble-ultralydbilde-forsterkning: I vann er a = 0,029 for 02, 0,015 for N2 og 0,76 for CC>2 ved 25°C og en atmosfære partialtrykk for hver av dem.

I venøst blod, i hvilket.de partielle trykk for 02, N2 og CO., er henholdsvis ca. 40, 760 og 45 mm Hg, er a = 0,06. For ioniske saltoppløsninger, se P.S. Albright og J.W. Williams, Trans. Faraday Soc. 33/ 247 (1937), er K = 300 Z/W cm<3>/g, hvor Z og W er valensen og atomvekten for saltet. Hvis V er likt hulrom-volumet i et aggregat av sfæriske partikler, er V /V = 0,35, 0,9 og 1,9 for henholdsvis tettpakkede,

g s

enkelt-kubiske og rombe-anordninger. For gass adsorbert på partikler med diameter D ,um, er V /V = l/D .

p/ g s p

Som et typisk eksempel når det gjelder ekkogenisitet, gir de ovennevnte formler, når D = 10,um bobler, og dekstrose eller galaktose som faststoff-forløpere har d = 1,5 g/cm ,

W 180 g, Z = 1, Vg/Vs = 1 og a = 0,06, for ikke-resonans-ultralyd-ekkogénisitet i venøst blod

E. = 4 x IO<3> [1 + 0,15] cm<2>/g..

Ved disse betingelser kan det derfor ses at en meget høy ekkogenisitet .oppnås pr. gram faststoff-forløper, av hvilken ca. 15% kommer fra utskilt gass. Ved et tettpakket aggregat av effektivt divalent faststoff-forløper, vil imidlertid utskilt gass bidra med ca. halvdelen eller mer av den totale ekkogenisitet.

Når det gjelder de fordrede kjerner, er e henholdsvis 0,75, 1,0 og 1,5 for midtsentrerte, tettpakkede og enkelt-kubiske anordninger hvis hvert interpartikkel-hulrom i en an-retning av sfæriske partikler fungerer som en boblekjerne. Det følger av de ovennevnte formler at den fordrede partikkeldiameter er omtrent lik den ønskede boblediameter, f.eks. Dp/D = (1,5/1,15)<1/3> = 1,1. Det er funnet at effektiv dan-, neise av mikrobobler med diameter mindre enn 10yum fra en faststoff-forløper fordrer en forløper-partikkelstørrelse i dette område. Det kan ses fra det førnevnte at ikke-fuktende faststoffkjerner av dette antall og med denne diameter kan anvendes som mikroboblekjerner, heller enn gass innesluttet i faststoff-forløperen, forutsatt at faststoff-forløperen og væsken i hvilken den er oppløst sammen tilveiebringer det volum gass som trenges for dannelse av en stabil mikroboble fra kjernene.

Når det gjelder den fordrede masse av faststoff-forløper, er t =42 dyn/cm for blod, slik at de ovennevnte formler gir p = 1 atmosfære og D = 10,um bobler, er

Det er blitt observert at en injeksjon av galaktose-faststoff-mikrobobleforløper med M = 1,5 er omtrent det maksimale for forsterkning av et ultralydbilde av et hundehjerte for hvilket det ovenfor beregnede eksempel gir et endelig volum blod-galak-toseblanding på V = 15 cm<3>. Det vehtrikulære slagvolum for hunden er i området 15-25 cm<3.> Det viser seg derfor at faststof f-forløper-injeksjonen bæres som en bolus inn i ventrik-kelen hvor den blir nesten fullstendig blandet med blod.

Av det foregående kan det ses at bobledannelse ved en faststoff-mikrobobleforløper kan forbedres på en eller flere av de følgende måter: a) Øking av gassvolumet utskilt fra væsken, f .eks. ved anvendelse av en sterkt solvatiserende forbindelse som faststoff-forløper, eller mer forløper; b) Øking av gassmengden innesluttet i en gitt masse av forløperen, f.eks. ved reduksjon av størrelsen og/eller pak-kings-densiteten av mikropartiklene i aggregater som danner forløperen; c) Øking av antallet av bobledannende kjerner (i overensstemmelse med a og b), f.eks. ved reduksjon av størrelsen

av mikropartiklene eller ved tilsetting av et ikke-fuktende kjernedannende- middel til disse;

d) Reduksjon av den mengde som trenges av forløper for oppnåelse av den fornødne grad av lokalisert gass-overmetning

i væsken i hvilken forløperen .oppløses; ved anvendelse av en hurtig-oppløselig sterkt solvatiserende forbindelse som forløper, ved tilsetning av forløperen som en blanding med en annen væske eller faststoff som reduserer oppløseligheten av gassen som er oppløst i den gass-mettede væske, eller ved hjelp av en. lav bobleoverflate-spenning, f.-eks. ved å.blande eh liten mengde overflateaktivt middel i faststoff-forløperen eller dens bærervæske;

Alle de før beskrevne fremgangsmåter er sannsynligvis aktive i forskjellige grader i en god faststoff-mikroboble-forløper. Dannelsen av lokalisert gass-overmetning i væsken som omgir mikroboblene er essensiell.

Dannelse av Faststoff-Mikrobobleforløpere og .deres Observerte Opptreden

a. Kommersielt Tilgjengelige Salter og Sakkarider Forskjellige salter og sakkarider i deres kommersielt tilgjengelige form er blitt vurdert som faststoff-forløpere for mikrobobledannelse. Visuelle observasjoner av mikroboble-dannelse er i god overensstemmelse med kvantitativ måling

av ultralyd-kontrasteffekten produsert av et hvilket som helst gitt metall. Når det gjelder prøver bestående av relativt store individuelle krystaller, uten noe visuelt tegn på innesluttet gass, er deres opptreden i overensstemmelse med gassutskillelses-(utsaltings-)forholdet for mikro-bobleproduks jon..

Det er blitt bekreftet ved kvantitative forsøk at jo mindre partiklene er, dess mer effektiv er et gitt materiale som faststoff-mikrobobleforløper. Dette er i overensstemmelse med gassutskillelses-mekanismen fordi den større oppløsningshastighet for et findelt materiale,skulle resul-tere i en høyere grad av lokal gass-overmetning og derfor i en større dannelseshastighet og totalt antall mikrobobler ved en gitt mengde materiale. Materialer som var an-

slått å ha gode solvatasjons-téndenser viste seg å ha de beste egenskaper når det gjaldt mikrobobledannelse. Mikrobobledannelse i avgasset vann ved hjelp av forløpere som er høyst aktive i gassmettet vann, og i gassmettet vann ved hjelp av avgassede (i vakuum) forløpere som var høyst aktive i dette før avgassing, er vesentlig mindre, noe som bekrefter at faststoff-forløperen og test-væsken tilsammen må tilføre nok gass for tilveiebringelse av stabile bobler. Siden test-væskene og mikroboble-forløperne sjelden er avgasset, kan denne fordring lett imøtekommes.

Fysisk Form av Faststoff- Mikrobobleforløpere

a. Optimal Fysisk Form

Mikrobobleforløperne ifølge denne oppfinnelse er, til forskjell fra mikroboble-forløperne ifølge U.S. patent 4 265 251 og 4 276 885, selv hovedsakelig fri for mikrobobler, d.v.s. mikrokuler eller -baller av gass fullstendig omgitt av forløpermaterialet.

Mikroboblene dannes ved hjelp av faststoff-forløperne ifølge denne, oppfinnelse ved deres dannelse i væsken i hvilken forløperen er oppløst. De foreliggende forløpere er, liksom forløperne ifølge U.S. patent 4 265 251, stabile faste stoffer ved omgivelsestemperaturer og er ikke-toksiske og fysiologisk tilfredsstillende når de injiseres i blodstrømmen hos et levende individ, f.eks. et menneske.

Den fysiske struktur hos mikroboble-forløperen er ytterst viktig og bestemmer antallet og størrelsen av mikroboblene

.som d.annes fra denne. En forløper i mikrokrystallinsk form hvis krystaller er atskilte, kompakte og relativt frie for strukturelle defekter,har få kjerner for dannelse av mikrobobler og derfor liten bobledannelses-kapasitet, d.v.s. så

lite som én boble eller mindre pr. partikkel, mens aggregater av partikler med mange indre hulrom som er i forbindelse med den ytre del av aggregatet er de mest effektive. Aggregater av mikropartikler, idet hver mikropartikkel har en gjennomsnittlig størrelse omtrentlig tilsvarende størrelsen av de ønskede mikrobobler, foretrekkes.

Antallet partikler i hvert aggregat er fortrinnsvis

større enn 10 for oppnåelse av et vesentlig volum av indre struktur i aggregatet, og er mer foretrukket større enn 100 slik at man nærmer seg fordelene med en fullt utviklet aggregat-struktur. Den foretrukne størrelse av mikropartikler i aggregatet er omtrentlig lik mikroboblestørrelsen som er maksimal for den påtenkte bruk og faller i området l-50^um. Mest foretrukket faller imidlertid mikropartikkeldiameteren i området 5-10^um siden dette størrelsesområde for bobler er mest nyttig for injeksjon i blodstrømmen, som beskrevet tidligere.

Den foretrukne størrelse av mikropartikkelaggregatet er oftest bestemt ved den maksimale oppløsningstid for forlø-peren for en gitt bruk. For eksempel, hvis bobledannelse fordres umiddelbart etter injeksjon på injeksjonsstedet, er en gjennomsnittlig aggregatstørrelse på ca. 20yum foretrukket, mens det er funnet at for forsterkning av det ultrasoniske bilde av høyre hjertehalvdel er en gjennomsnittlig stør-relse på 40yUm å foretrekke, og ved gjennomløping gjennom lungene for å avbilde den venstre hjertehalvdel er det funnet at en gjennomsnittlig størrelse på 125^um er å foretrekke.

For vanlig anvendelse er aggregater i størrelsesområdet 30-50^,um mest foretrukket.

• Det er imidlertid klart at de foretrukne gjennomsnittlige mikropartikkel- og aggregat-størrelser er underlagt visse reservasjoner. For eksempel må mikropartikkelstør-relsen være i overensstemmelse med det. foretrukne- antall partikler for en gitt aggregatstørrelse, eller omvendt, avhengig

av hvilken fordring, d.v.s. boblestørrelse eller opplysningstid, som er den viktigste i den spesielle anvendelsé av for-løperne. For oppnåelse av de ønskede gjennomsnittlige ag-gregatstørrelser, kan det være nødvendig å la forløperen passere gjennom en sikt slik at partikler større enn ca. 250^um ikke er tilstede og forløperen fritt kan passere gjennom en injeksjonsnål.

Fordi faststoff-forløperen vanligvis er hovedkilden

for gassen for mikroboblene, inneholder hulrommene i aggregatene vanligvis og fortrinnsvis et gassvolum omtrent tilsvarende gassvolumet i mikroboblene dannet ved forløperen, selv om dette, som forklart i det foregående, ikke er absolutt nødvendig hvis væsken er gass-mettet.

I tillegg til partiklenes fysiske struktur som må tilveiebringe det nødvendige antall mikroboblekjerner, må for-løperens masse være tilstrekkelig til å bevirke åt områdene av den væske i hvilken den oppløses, umiddelbart omgivende det sted hvor en mikroboble dannes og senere brukes, blir overmettet med hensyn til gassene som er oppløst i den, eller uttrykt på en annen måte, i tilsynelatende•likevekt med. hensyn til gassen i mikroboblen. Det er vanligvis utilstrekkelig at væsken båre mettes med gass ved det omgivende væsketrykk, ■ fordi trykket av gassen i mikroboblen vanligvis hovedsakelig overstiger det omgivende væsketrykk på grunn av overflatespen-ningséffekter. Foråt eh mikrobobié skal ha en nyttig levetid etterat den dannes i væsken i hvilken forløperen oppløses, må væsken derfor være overmettet med hensyn til det omgivende, trykk i samme grad som trykket av gass i mikroboblen overstiger det omgivende trykk..

Overtrykket i boblen på grunn av overflatespenning er omvendt proporsjonal med boblediameteren, og er omtrent én atmosfære for en 3^um boble i vann. Hvis ikke dette overtrykk i boblen kompenseres for ved et lignende overtrykk i den opp-løste gass, vil derfor den store trykkforskjellen og det store overflate/volum-forhold forårsake at mikrobobler i denne stør-relsesorden oppløses i væsken umiddelbart etterat de er dannet, eller endog før gasskjernene slippes ut av aggregatet. Faststoff-forløperen ifølge denne oppfinnelse tilveiebringer både gasskjernene og den faststoffmasse som trenges for å stabilisere de resulterende mikrobobler ved solvatasjons-indusert overmetning av en væske. Forholdet masse/gassvolum M/Vg.for forløperen som trenges•for å danne, stabilisere og supplere mikrobobler av en gitt diameter avhenger av forholdet t/K som forklart i det foregående. Overflatespenningen t og solvatasjons-faktoren K avhenger begge både av væskens og faststoffets egenskaper, slik at for' en gitt væske avhenger det fordrede forhold mellom masse og gass av faststoffets egenskaper. Som omtalt nedenfor er det funnet at bqbledan-nelses-egenskapene hos forskjellige faststoffmaterialer i samme aggregatform kan variere i stor utstrekning, men at de beste bio-forlikelige faste materialer har bobledannende egenskaper i den ovenfor beskrevne optimale aggregatforløper-form som er hovedsakelig like og som er meget effektive for produksjon av ultrasonisk kontrast i blodstrømmen. Det forer trukne-masse/gassvolum-forhold hos disse materialer, ikke inklusive gass utenfor aggregatene, oppnås når aggregatets densitet er i.området 1/3-2/3 av egenvekten d av faststoffet. Mest foretrukket er densiteten, av aggregatet ca. d/2, slik at

gjennomsnitts-størrelsen av interpartikkel-hulrommene er omtrent lik gjennomsnittsstørrelsen av mikropartiklene som

i sin tur er omtrent lik den ønskede størrelse av mikroboblene dannet ved forløperen. For sakkaridene er d 1,5 g/cm<3>, og for NaCl er d =2,17 g/cm<3>.

Skjønt det kan synes å være vanskelig å tilveiebringe

alle de betingelser som er nødvendige for dannelse av mikrobobler av den fordrede størrelse i egnede mengder og med en egnet levetid, kan mange forskjellige mikrobobleforløpere ifølge denne oppfinnelse lett fremskaffe disse betingelser hvis de ovenfor omtalte kriterier oppfylles. Kriteriene for en tilfredsstillende mikrobobleforløper kan bestemmes teoretisk, som omtalt tidligere.

Det ble funnet at det samme faststoffmateriale skaffet

fra forskjellige handelskilder eller pulverisert ved forskjellige metoder kan ha bemerkelsesverdig forskjellige mikrobobledannelses-karakteristika fordi de på forskjellige måter er forskjellige fra den optimale fysiske form beskrevet ovenfor.

For å oppnå den høye grad av pålitelighet, reproduserbarhet og effektivitet som kreves for klinisk diagnose, var det derfor nødvendig å etablere fremgangsmåter for fremstilling av standard-faststoffmikrobobleforløper-materialer som er uavhengige av formen av det ubearbeidede utgangsmateriale. og som resulterer i deri optimale fysiske form. Det er funnet at slike standardmaterialer kan fremstilles fra kommersielt tilgjengelige utgangsmaterialer ved omhyggelig regulert kulemaling til et findelt pulver eller ved regulert rekrystallisasjon.

b. Kulemaling

Kommersielle partier av forskjellige sakkarider valgt for potensiell bio-forenlighet ble kulemalt i 10 minutter i en kulemølle av typen Pitchford Chemical Model 3300 med tre aluminiumoksydkuler med diameter 1,5 cm. De resulterende pulvere er aggregater av mikropartikler, og aggregatene er i størrelsesområdet l-160yum med en overveiende andel av aggregater nær 40^um, og mikropartiklene er i området l-20^um med en overveiende andel av mikropartikler nær lO^um. Den lavere grense på l^um er oppløsningsgrensen hos det anvendte lysmikroskop. Skjønt et stort antall mindre mikropartikler og- aggregater også kunne være tilstede, ville de ikke oppta noen betydelig fraksjon av det totale puivervolum. Relativt få av de største aggregater forekommer og disse opptar også et ubetydelig volum. De kan fjernes ved sikting, hvis ønsket.

Blant sakkarid-forløperne fremstilt ved 'denne fremstil-lingsmetode, ble galaktose funnet å gi den beste ultrasoniske kontrast i alle partikkelstørrelsesområder oppnådd ved sikting. Den ble valgt som standardmaterialet for en serie in vitro- og in vivo-forsøk.

Siden en stor mengde av den interpartikkel-innesluttede gass finnes i løse aggregater av fine partikler av disse materialer, er det mulig at slik gass kan bidra betydelig til deres mikrobobledannelse.

Oppvarming og utstrakt plastisk bearbeiding av materialet oppstår under malingsprosessen. Diffusjon av luft inn i det varme materiale eller inneslutting av luft under den plas-tiske bearbeiding kan oppstå i dette materiale, slik at det

vy \ s

blir muliggjort at den intra-krystallinsk innesluttede gass kan bidra til dets mikrobobledannende karakteristika. Siden en betydelig fraksjon av materialet består av partikler med diameter mindre enn I0^,um, kunne adsorbert gass også i betydelig grad bidra til mikrobobledannelse. Endelig skulle deti store grad av plastisk bearbeiding sammen med muligheten for innbefatning av gass og faststoff forbundet med malingsprosessen, tilveiebringe en høy densitet av bobledannende kjerner i dette materiale.

Skjønt gassutskillelse (utsalting) er en betydelig ef-fekt ved disse materialer, danner de også noen bobler når de oppløses i avgasset vann. Volumet av mikrobobler dannet i dette er imidlertid meget mindre, hvilket tyder på at summen av de andre effekter, særlig av gass innesluttet i hulrommene mellom mikropartikler, er en vesentlig, om ikke dominerende faktor.

c. Vann- Rekrystallisasjon

Galaktose ble funnet å være klart overlegen i forhold til dekstrose og natriumklorid som faststoff-mikrobobleforløper for oppnåelse av ultrasonisk kontrast ved bearbeiding ved kulemalings-metbden. Dekstrose og NaCl er imidlertid foretrukket som biologiske kontrastmidler fordi deres velegnethet for injeksjon i store mengder i blodstrømmen er veletab-lert, mens den universelle velegnethet for. galaktose er mindre sikker. Fremgangsmåter er funnet for.fremstilling av ytterst aktive dekstrose-og NaCl - mikrobobleforløpere som kan sammenlignes med eller som er overlegne overfor galaktose bearbeidet ved kulemalings-metoden.

Den første av disse fremgangsmåter, som er mest egnet

for dekstrose og.andre materialer som har tendens til å spal-tes ved oppvarming til høye temperaturer, består av rekrystallisasjon av dekstrose fra en mettet vandig oppløsning ved lave temperaturer. Kommersiell USP dekstrose oppløses i kokende avionisert vann for oppnåelse av en mettet oppløsning som hurtig avkjøles ved omrøring i et isvannbad inntil rekrystallisasjon begynner. Oppløsningen blir så fullstendig rekrystallisert i flere timer i luft ved 6°C og omgivelsestrykk. De resulterende krystaller vaskes med USP etanol

og tørkes i luft med 2.5% fuktighet ved omgivelsestrykk.

Det resulterende presipitat består av store, d.v.s.

fra ca. 100 til lOOO^um i størrelse, forholdsvis harde og tette aggregater av mikropartikler av dekstrose med en gjennomsnittsstørrelse på 5-20^um. Aggregatene oppløses forholdsvis sakte i gassmettet vann og utvikler kontinuer-lig rikelige mengder av kraftig-utdrevne mikrobobler i dia-meterområdet l-10^um til de er fullstendig oppløst. Når aggregatene er knust, er de resulterende individuelle parr tikler i området 10-l00yum og utvikler også mikrobobler på samme måte, men aggregater og partikler meget mindre enn dette oppløses uten å produsere mikrobobler. Dannelseshastighet.en og det totale antall mikrobobler dannet av aggregatene er meget mindre i avgasset vann enn i gassmettet vann, og levetiden for de dannede bobler er kortere i det avgassede vann. Den ultrasoniske kontrast oppnådd med denne for-løper er lik eller overlegen overfor kulemalt galaktose.

Den andre rekrystallisasjonsmetode er hurtigere og

er egnet for materialer som NaCl som kan oppvarmes til høye temperaturer. Kommersielle NaCl-krystaller oppløses i en minimal mengde varmt avionisert vann. Oppløsningen oppvarmes så hurtig i en digel som holdes ved en temperatur som forårsaker at alt vannet koker av, fortrinnsvis i ca. ett minutt. NaCl-krystallene som blir tilbake avkjøles straks til romtemperatur. Det visuelle utseende og mikroboble-dannelsesegenskapene hos dette aktiverte NaCl-materiale er de samme som hos den aktiverte dekstrose oppnådd ved lavtemperatur-rekrystallisasjon.

d. Oppløsningsmiddel- Rekrystallisasjon

En annen fremgangsmåte for fremstilling av standard-mikrobobleforløpere fra kommersielt tilgjengelige materialer produserer ikke flere mikrobobler enn de vann-rekrystalliserte materialer, men har enestående mikrobobleproduserende egenskaper som kan være viktige ved spesielle anvendelser som fordrer disse egenskaper.

Ved denne fremgangsmåte oppløses en faststoff-forløper

i et varmt organisk oppløsningsmiddel, f.eks. oppløses dekstrose i kokende varm (80°C) ren etanal og rekrysfcalliseres

og tørkes på samme måte som beskrevet for fremgangsmåten for lavtemperatur - vannrekrystallisasjon. Dekstrose som er rekrystallisert ved denne fremgangsmåte har en fin, den-drittisk struktur og danner aggregater med en stor, åpen struktur lik ny snø. Dette materiale oppløses øyeblikkelig i vann, og lar det bli tilbake en "skygge" av forholdsvis

få mikrobobler med et temmelig stort størrelsesområde (10-100^um) av samme form som aggregatet.

e. Bestrålings- aktivering

Store krystaller (1-0,1 mm) av polysakkaridet arabinose ble observert å danne ubetydelige mikrobobler selv i vann overmettet med CC^- Etter bestråling med høyenergi-kobolt-gammastråler dannet dette materiale rikelige mengder av bobler på lO^um i CC^-overmettet vann etterhvert som det ble oppløst. Dette resultat tyder på at krystall-defekter for-årsaket av bestrålingen kan tjene som kjerner for dannelsen av solvatasjons-utskilte mikrobobler. De andre effekter synes lite trolig å være betydelige ved denne fremgangsmåte.

Kjemiske Typer av Faststoff- Mikrobobleforløpere

Høy oppløselighet for faststoff-forløperne er ønskelig fordi graden av overmetning som er oppnåelig avhenger av konsentrasjonen av solvatiserings-faststoff-forløperen som er oppnåelig i væsken. En overmetningsgrad på 10% muliggjør marginalt stabilisering av en 30^um boble, slik at den foretrukne oppløselighet er større enn konsentrasjonen på 0,3 mol/liter av et effektivt monovalent faststoff som denne grad tilsvarer. Oppløseligheter lik eller større enn 1 mol/liter er å foretrekke fordi slike konsentrasjoner gir mer enn 30% overmetning, som kan stabilisere bobler mindre enn 10^um.

Siden det er en optimal oppløsningstid, er det imidlertid en tilknyttet optimal oppløsningshastighet, som er proporsjonal med oppløseligheten, for de foretrukne aggregat-størrelser tidligere nevnt. For anvendelser som har fordel av en lang opplysningstid, som.ved avbilding av den venstre hjertehalvdel, er en lav oppløselighet fordelaktig, men den må være i overensstemmelse med det som kreves for tilstrekkelig overmetning beskrevet ovenfor. Den optimale opp-løselighet for slike anvendelser skulle derfor være nær 1 mol/liter. I virkeligheten er det funnet at galaktose

er overlegen i forhold til de andre sakkarider for dannelse av kontrast for venstre hjertehalvdel og dens oppløselighet er ca. 1 mol/liter (0,20 g/cm 3).

Fordi mikroboble-forløperne fremstilles før anvendelse, bør de være stabile ved omgivelsestemperaturer for lagrings-formål. Av økonomiske grunner er de fortrinnsvis også stabile i luft. Skjønt krystallinske forbindelser foretrekkes, kan amorfe forbindelser som danner aggregater av mikropartikler av den nødvendige størrelse også anvendes.

Mikroboble-forløperne kan således dannes av mange kje-mikalier eller blandinger derav. For eksempel kan forskjellige salter såsom natriumklorid, natriumcitrat, natriumace-tat og natriumtartrat anvendes, forutsatt åt disse har den nødvendige fysiske struktur. Polyvalente elektrolytter såsom CaCl2 og AlCl^ er effektive men er biologisk mindre tilfredsstillende. Mange organiske og uorganiske forbindelser er også egnet som mikroboble-forløpere, inklusive de som er oppført i tabellen nedenfor, av hvilke glukose, galaktose, maltose og natriumklorid er foretrukket. Andre sukkerarter og sukker-beslektede forbindelser som kan anvendes innbefatter arabinose, maltotriose, maltotetrose, sorbitol, manni-tol, glukonsyre og sakkaridsyre. Særlig egnede organiske forbindelser er de sukkerarter som har evne til å danne hydrogen-binding til vann. Monosakkarider og disakkarider er funnet å-være utmerkede mikroboble-forløpere. Raffinose,

et trisakkarid, er også tilfredsstillende som forløper. Tabell I viser natriumklorid•og forskjellige sukkerarter dannet som mikroboble-forløpere ved den kulemalingsteknikk som er utprøvet.

Det skal bemerkes at skjønt den maksimale- boblestørrélse (Tabell I) var 15-25^um, var den midlere boblestørrélse ca. lO^um. Slike meget små mikrobobler har evnen til å gå inn i kapillærer og tilveiebringe ultrasonisk kontrast i disse. Videre danner mange forholdsvis små mikrobobler et meget fint og tett kontrastmiddel med hovedsakelig fullstendig ultrasonisk opasifikasjon i de mulige hulrom. Dette gir for eksempel anledning til oppdagelsen av små shunter og andre små strukturer og strømminger i hjertet. Videre kan mer kontrast oppnås for den samme mengde kontrastmiddel enn med mikroboble-kontrastmidler ifølge teknikkens stand, på grunn av den. sær-deles effektive oppnådde opasifikasjon. Graden av opasitet (densitet) kan reguleres ved regulering av mengden av faststof f-f orløper som anvendes. Videre kan ankomsttiden for mikrobobler til ethvert spesielt område i blodstrømmen reguleres ved valg av et spesielt•sakkarid eller salt, siden de forskjellige sakkarider oppløses med forskjellige hastigheter og forskjellige salter Ved enda andre forskjellige hastigheter. Således kan et hvilket som helst av mange peri-fere injeksjonssteder benyttes for produksjon av mikrobobler

på et hvilket som helst spesielt område i blodstrømmen,

for eksempel i hjertet, ved valg av et sakkarid eller salt som oppløses med en spesiell hastighet. Forskjellige bærervæsker kan også anvendes med en spesiell faststoff-forløper for å utvelge stedet for mlkroboble-produksjon. Enn videre, på grunn av den meget lille mikrobobiestørrelse som er oppnåelig, kan mikroboblene krysse gjennom lungene når kontrast-midlet injiseres på den venøse side og kan derfor tilveiebringe kontrast til den venstre side av kroppen. På grunn av den forholdsvis lille boblestørrélse som er oppnåelig,

er farene for luftemboli vesentlig eliminert. Denne stør-relse er liten nok for ufarlig passasje gjennom hjernekapil-lærer for eksempel, og muliggjør forsterkning av ultrasoniske bilder av hjerne-blodkar.

B ærervæske

Ved en foretrukken utføreisesform av oppfinnelsen tilsettes faststoff-mikrobobleforløperen til væsken i hvilken mikroboblene skal fremskaffes som en dispersjon eller suspensjon i en bærervæske i hvilken faststoff-forløperen i hvert fall er forbigående stabil, d.v.s. den er kjemisk og fysisk stabil i denne og danner ikke alle sine mikrobobler i den i løpet av minst flere sekunder etterat den er blitt dispergert deri, fortrinnsvis i minst flere minutter eller lenger.

Bærervæsken har flere viktige funksjoner:

a) Den fungerer som dispergeringsmiddel, idet faststoff-forløperpulveret tillates å dannes til og dispergeres uniformt

i en stabil eller kvasi-stabil suspensjon egnet for injeksjon i blodstrømmen eller annen testvæske i hvilken mikroboblene skal dannes.

b) . Den tjener til å holde suspensjonen av f aststof f-f orlø-per i den sammen som en viskøs bolus for transport i

testvæsken til det sted hvor mikroboblene skal anvendes.

c) Den tjener som overflateaktivt middel for å modifisere testvæskens overflateegenskaper for å hjelpe på dannelse og

stabilisering av de meget små .mikrobobler dannet ved innvirkning av faststoff-forløperen på testvæsken.

Angående bærervæskens funksjon som dispergeringsmiddel, må den fukte faststoff-forløperen tilstrekkelig til at det kan dannes en homogen oppslemning, men den må bevare og ikke i vesentlig grad oppløse aggregatene av mikropartikler og gasskjernene innesluttet deri. Det er funnet at mange gassmettede ikke-vandige bærervæsker, særlig de lavpolaritets-væsker som ikke solvatiserer f aststof f-f orløperen og i hvilke faststoff-forløperen er uløselig, oppfyller disse kriterier. Forholdsvis fortynnede vandige oppløsninger kan også anvendes som bærervæsker, men bare hvis tilstrekkelig bærervæske anvendes for dannelse av en konsentrert oppslemning av faststof f-f orløperen . Skjønt en liten mengde forløper oppløses-

i bærervæsken av en slik oppslemning, blir bærervæsken mettet med faststoffet slik at ingen videre betydelig oppløsning skjer. Videre forårsaker den høye konsentrasjon.av faststof f-f orløper i bærervæsken at denne blir sterkt overmettet med gass. Derfor er gasskjernene i faststoff-forløperen, eller til og med mikroboblekjerner delvis utsluppet derfra, stabile.mot oppløsning. Enn videre bør oppslemningens viskositet være tilstrekkelig høy slik at den suspenderte faststof f-f or løper og mikroboblekjernene ikke skilles ut fra suspensjonen i-en tilstrekkelig lang tid mellom deres dannelse og deres injeksjon. Ved in vivo-anvendelse må oppslemningens viskositet være tilstrekkelig-.lav for å lette injeksjonen. At man kan anvende vann som hovedkomponenten i bærervæsken er viktig for anvendelse i blodstrømmen for å redusere potensielle ugunstige fysiologiske effekter av andre stoffer. Slike andre stoffer bør tilsettes bare slik at det er nok for oppnåelse av de fordrede fuktings- og overflateaktive egenskaper hos bærervæsken, f.eks. er 5% propylenglykol i vann funnet å være en tilfredsstillende bærervæske. Når den anvendes med f.eks. kulemalt galaktose-forløper, danner denne bærervæske en oppslemning som er tilstrekkelig stabil for injeksjon opptil en time etterat den.

ér dannet uten merkbart tap åv bobledannende effektivitet.

Angående bærervæskens funksjon som transportbefordrende medium, danner bærervæsken blandet med faststoff-forløperen i de foreskrevne forhold, en oppslemning som er tilstrekkelig viskøs til å forhindre at den blandes i noen betydelig grad med testvæsken under dens transport i testvæsken til det sted hvor boblene skal dannes og anvendes. Det er funnet at den maksimale viskositet av oppslemningen avhenger av avstanden fra injeksjonsstedet til stedet for anvendelse av mikroboblene.. Viskositeten av oppslemningen'kan justeres ved at mengden av bærervæske varieres i forhold til mengden faststoff-forløper eller ved at mengden av ikke-vandig dispergeringsmiddel varieres i en gitt mengde bærermiddel. For eksempel er det funnet at et volum på 5% propylenglykol i vandig oppløsning som bærervæske, som gir maksimal ultrasonisk avbilding av høyre hjertehalvdel med lett injiserbarhet,

også injiseres lett når det samme volum av mer viskøs 10% propylenglykol i vandig oppløsning anvendes, som er utmerket for avbilding av venstre hjertehalvdel.

Angående bærervæskens funksjon som overflateaktivt middel, har betydningen av lav overflatespenning på dannelsen av meget små mikrobobler og deres stabilisering mot oppløs-ning allerede vært fremhevet. Et annet viktig trekk er

et overflateaktivt middels rolle ved forhindring av sammensmelting av de små mikrobobler slik at de danner fysiologisk uønskede store bobler. Et viktig kriterium ved valg av bærervæske er derfor den grad i hvilken den reduserer overflatespenningen og undertrykker boble-sammensmelting.

For å oppnå de ovenfor beskrevne funksjoner på én gang, er den foretrukne viskositet av oppslemningen dannet av bærervæsken og faststoff-forløperen i området 5-30 centipoise, idet 15 centipoise er det mest foretrukne for vanlige formål. For in vivo-anvendelse fordres det vanligvis en viskositet, ikke større enn 1.000 eps. Bobler dannet ved en overflate-aktiv bærervæske opprettholder et belegg av overflateaktive molekyler på deres overflate og bevarer lav overflatespenning og anti-koalesens også etterat oppslemningen er dispergert i testvæsken på teststedet.

I Tabell II er oppført en del væsker som er blitt ut-prøvet som bærervæsker ved at de først er blitt blandet med en spesiell mikroboble-forløper (kulemalt galaktose) for dannelse av en dispersjon, og deretter er vann blitt tilsatt og eventuell mikroboble-dannelse er blitt observert. Graderingene er fra null til ti, og høyere tall indikerer økt mikroboble-dannelse for like mengder galaktose. Oppsettingen i Tabell II er ikke uttømmende for alle mulige bærervæsker, men er heller laget som eksempel på det faktum at et stort antall ulike væsker kan tjene som bærervæske. Slike væsker som dimetylacetamid, glyserolformol, glykofurol, benzylbenzoat, forskjellige oljer og forskjellige dioksolaner, for eksempel, er egnede som bærervæsker, i hvert fall for noen faststoff-forløpere. Skjønt metanol og etanol er anvendbare, inakti-verer de galaktosen i løpet av bare noen få minutter.- Følge-lig er bare meget friske dispersjoner av galaktose i disse bærervæsker egnet for mikrobobledannelse.

Bærervæsker er nyttige i situasjoner hvor væsken anvendes in vitro,for å regulere konsentrasjonen av mikrobobler dannet pr. volumenhet testvæske ved øking av volumet av testvæske i hvilken faststoff-forløperen ér dispergert før det oppløses deri. På grunn av at mikroboblene dannet ifølge denne oppfinnelse er så virkningsfulle når det gjelder å forandre en væskes transmisjons-karakteristika overfor elastiske og elektromagnetiske bølger, trenges det vesentlig mindre faststoff-forløper for å forandre disse karakteristika enn mikroboblekilder..'ifølge teknikkens stand.

Det er ikke nødvendig at bærervæsken er løselig i blod. Skjønt sesamolje, maisolje, peanøttolje og andre triglyseridestere eller fettsyrer ikke er løselig i vann (eller blod) i noen betydelig grad, er de utmerkede bærervæsker. I grunnen, skjønt disse triglyseridestere fukter bg belegger forløper-aggregatene, tjener tydeligvis skjærspenningene i blodstrøm-men og dynamikken i hjertet til at de fysisk eroderes fra mikro-boblef orløperen, som så oppløses i blodet og tilveiebringer det ønskede antall mikrobobler. Dette er spesielt ønskelig fordi triglyseridester-belegget kan hindre mikrobobleforløperen fra å produsere de fleste mikroboblene før den har nådd f.eks. hjertet/hvor erosjonen er størst.

Noen av bærervæskene ifølge Tabell II ble også utprøvet under anvendelse av rekrystallisert glukose og enten rekrystallisert eller kulemalt natriumklorid som mikroboble-forløper. Mens kulemalt natriumklorid var dårligere enn kulemalt galaktose som mikroboble-forløper, var rekrystallisert glukose og natriumklorid likså gode som, eller bedre enn, galaktosen.

For anvendelse i kroppen må både bærervæsken og mikroboble-f orløperen være bio-forlikelige, d.v.s. ikke-toksiske og ikke-allergifremkallende og ellers fysiologisk akseptable i den mengde de injiseres i. Som det fremgår, tilfredsstiller bare noen av væskene (eller væskeblandingene) i Tabell II dette kriterium.

Vandige oppløsninger er egnede som bærervæsker for injeksjon inn i blodstrømmen, forutsatt at oppløsningen er viskøs nok til å forhindre øyeblikkelig dannelse av alle mikroboblene ved blanding av mikroboble-forløperen med bærervæsken. En slik vandig oppløsning har fortrinnsvis en viskositet som er vesentlig større enn vannets, fortrinnsvis minst 5 og ikke mer enn 1.000 centipoise. Egnede stoffer til å øke viskositeten i vandige bærerbæsker innbefatter glyserol, propylenglykol, polyetylenglykol 300 og 400, polyvinyl-pyrrolidon og andre vann-dispergerbare polymerer som er bio-forlikelige som forklart ovenfor.

Det er også ønskelig at mikroboble-forløperen har en densitet omtrent lik bærervæskens densitet slik at en stabil dispersjon opprettholdes. Dette kan oppnås ved anvendelse av en blanding av væsker som har en komponent som har høyere densitet og en annen komponent som har lavere densitet enn mikroboble-forløperen.

Fabrikasjons- Artikler

Når det gjelder, fabrikasjonsårtikler, tilveiebringes

de foretrukne ikke-toksiske, fysiologisk akseptable faststof f-f orløpere ifølge denne oppfinnelse i steril doseringsenhets-form, d.v.s. ca. 0,25-10 og fortrinnsvis ca. 0,5-3,5 g, forseglet i en beholder med hjelpemidler for å få ut innholdet, f.eks. en alminnelig glassampulle med innsnørt del som kan fraskilles, en flaske med lokk, en fleksibel plastpose eller en alminnelig ampulle med en åpning som ér forseglet med en membran av gummi eller annen elastomer gjennom hvilken en kanyle kan stikkes inn for blanding av bærervæske med faststoff-forløperen i ampullen og fjerning av blandingen fra denne etterat det er dannet en homogen dispersjon av sistnevnte i den førstnevnte.

Når det gjelder et annet fabrikasjonsartikkel-aspekt tilveiebringes de forannevnte faststoff-forløpere som et utstyrssett sammen med en separat, sterilt emballert doserings-énhetsmengde, f.eks. forseglet i en glassampulle eller i det sylindriske kammer i en sprøyte, d.v.s. fira ca. 0,25 til 10 ml, fortrinnsvis ca. 1 - 7,5 ml, av en fysiologisk aksepter-bar steril bærervæske for denne, som forklart ovenfor, i hvilken faststoff-forløperen i hvert fall er forbigående stabil, d.v.s. at etter blanding med denne dannes ikke mikrobobler i betydelige mengder eller de fortsetter å dannes i minst.flere minutter.

Ved et videre fabrikasjonsartikkel-aspekt tilveiebringes sterile doseringsenhets-mengder av faststoff-forløperen og bærervæsken i adskilte kamre i en enkelt forseglet tokammer-ampulle med hjelpemidler for blanding av ingrediensene inne i ampullen. Slike ampuller er alminnelige og er beskrevet i US-patent 2 694 614, 2 908 274, 3 073 471, 3 081 899,

3 464 414, 3 940 003 og 4 089 432. Fortrinnsvis har tokammer-ampullen en elastomer propp mellom øvre og nedre kammer som kan gjennomstikkes med en kanyle eller som kan presses ned i det nederste kammer ved øking av gasstrykket i det øvre kammer. Ampullen har en elastomer kapsel som kan gjennomstikkes med en kanyle og som er dekket av et fjernbart støvdeksel. Faststoff-forløperen oppbevares i det nederste kammer og bærervæsken i det øvre kammer. For dannelse av en suspensjon av faststoff-forløperen i bærervæsken, fjernes støvdekslet, og hvis proppen kan presses ned i det nedre kammer, blir dette gjort ved at luft injiseres inn i det øvre kammer med en kanyle eller ved at trykket i det øvre kammer på annen måte økes, f.eks. ved at den elastomere kapsel presses innover i det øvre kammer. Hvis proppen er tilpasset for å gjennomstikkes av en nål, stikkes kanylen gjennom den elastomere kapsel, bærervæsken trekkes inn i kanylen, nålen stikkes inn gjennom proppen og bærervæsken sprøytes inn i det nedre kammer. Etterat det er blitt dannet en ensartet dispersjon eller suspensjon av faststoff-forløperen i bærervæsken, trekkes blandingen inn i kanylen og injiseres inn i testvæsken for dannelse av mikrobobler i denne.

Testvæsker

Den forholdsvis høypolare væske i hvilken mikroboble-forløperne ifølge denne oppfinnelse kan tilsettes for dannelse av og stabilisering av mikrobobler deri ved solvatisering, hvorved man kan forutsi hvilke resultater som kan ventes når blod anvendes, har i alminnelighet en meget høy dielektrisitetskonstant (over 40) og vil i alminnelighet være en vandig væske med en dielektrisitetskonstant på ca. 80. Det er vesentlig at bærervæsken ikke i noen betydelig grad har innvirkning på solvatiseringen (polar- eller hydrogenbindings-koordinasjon) av testvæsken med det oppløste stoff dannet ved oppløsning av faststoff-mikrobobleforløperen i denne. Dette sikrer at vannkonsentrasjonen i testvæsken vil redusere lokalt, hvorved gass oppløst i testvæsken vil utskilles eller oppløseligheten i testvæsken for gass tilført fra faststoff-forløperen vil reduseres. En sterkt polar bærervæske kan anvendes hvis, som tidligere beskrevet, dens egenskaper er slik at faststoff-forløperen hindres i å oppløses fullstendig deri før blandingen tilsettes testvæsken.

Anvendelses- metoder

Mikrobobleforløperen ifølge oppfinnelsen kan anvendes for

å forandre transmisjons-karakteristika, dvs. enten refleksjons-evne eller absorpsjonsevne for elektromagnetisk og lyd-(elastisk bølge-)stråling som transmitteres gjennom en væske for dannelse av et detekterbart signal, ved at væsken forsynes med en mengde mikrobobler som er effektive til i vesentlig grad å forandre en slik strålings transmisjonskarakteristika gjennom væsken i det område av denne som inneholder mikroboblene.

Fordi mikrobobler i alminnelighet forandrer de fysiske egenskaper hos væsker som påvirker transmisjonsevnen og refleksjonsevnen for elektromagnetisk og lyd-(elastisk bølge)-stråling som faller inn i et område i væsken som inneholder boblene, er mikrobobleforløperen ifølge denne oppfinnelse nyttig i forskjellige analytiske, diagnostiske og operasjons-prosesser, noe som vil være klart for dem som har kunnskaper i avbilding, deteksjon, gradering og utprøving ved anvendelse av slik stråling. Eksempler på slike elektromagnetiske egenskaper hos en væske som kan forandres av mikrobobler er: resistivitet, elektrisk og magnetisk susceptibilitet, dielektrisitetskonstant og absorpsjon, kjerne- og elektron-paramagnetisk resonans-respons. ' Eksempler på elastisk-bølge-egenskaper som kan forandres er: sammentrykkbarhet, densitet, akustisk impedans og absorpsjon. Eksempler på slik stråling og de tilhørende anvendelser som potensielt kan ha fordel av anvendelsen av mikroboble-dannende materialer er: medisinsk ultrasonisk avbilding (både transmisjon og ekkografisk), røntgen-avbilding (f.eks. CT-avsøkning), NMR-avbilding og mikrobølge-avbilding.

Etter at mikrobobleforløperen er injisert i blodstrømmen, oppnås et ultrasonisk bilde av strømmen på motsatt side av det sted hvor bærervæsken er oppløst eller spredd, og faststoff-forløperen er blitt oppløst og har dispergert mikroboblekjerner og derved forsynt blodet med det fordrede antall mikrobobler. Blodstrøm-hastighet kan bestemmes ved samtidig måling av mikroboblenes posisjoner og hastigheter, eller av skyen av mikrobobler, fra et slikt ultrasonisk bilde. Blod-strøms-hastighet kan også bestemmes ved måling av intensitetene av to ultrasoniske bilder, ett fra en proksimal vegg og det annet fra en distal vegg i et blodkar, på et sted i blodstrømmen og anvendelse av konvensjonelle fargefortynnings-likninger, eller ved måling av intensiteten fra en distal grenseflate før og under strømning av den mikroboble-inneholdende væske. Dessuten kan grensen mellom det strømmende blod og blodkaret observeres med henblikk på eventuell turbulens som kan forårsakes av platedannelse på blodkar-veggene.

I henhold til en annen utførelse av oppfinnelsen kan mikroboble-forløperen beskrevet ovenfor oppløses i en sterkt polar væske, f.eks. midlertidig uttatt blod, normalt saltvann eller vann, fortrinnsvis i en sprøyte eller lignende, for dannelse av en sky av mikrobobler, og den polare væske med mikrobobleskyen kan injiseres i blodstrømmen. Mikroboble-forløperen kan også tilsettes direkte til væsken uten bærervæske.

Den førnevnte forbedring er vist å være spesielt nyttig

ved forsterkning av ultrasoniske bilder av blodstrømmen, dvs.

av det kardiovaskulære system. Meget høy ultrasonisk kontrast er oppnådd i forhold til ethvert mikroboblekonstrastmiddel ifølge teknikkens stand. Mikroboblene som dannes er vanligvis meget mindre enn mikrobobler med kontrastmidler ifølge teknikkens stand, og en meget høyere konsentrasjon av slike mikrobobler kan dannes for bedre konstrast, med større letthet og bedre kontroll, og til lavere pris.

Alle disse fordeler kan også oppnås når det gjelder forsterkning av ultrasoniske bilder av andre væskefylte deler i kroppen, såsom det lymfatiske system, fordøyelsessystemet, urin-, forplantnings-, galle-systemet og andre systemer, såvel som intra-peritoneale, intrakraniale, intratoråkale og andre hulrom og mellomrom i kroppen.

Skjønt iallfall en del av mikroboblene vanligvis dannes in situ i væsken gjennom hvilken et signal sendes, kan mikroboblene først, som det vil fremgå, dannes i en annen væske, f.eks. en bærervæske som forklart i det foreliggende, og bærervæsken som inneholder mikroboblene kan så tilsettes til væsken i hvilken bølgeenergien transmitteres, f.eks. blodstrømmen i et levende individ. Levetiden for slike mikrobobler deri er imidlertid mindre enn når mikroboblene dannes in situ.

MATERIALSAMMENSETNING

Eksempel 1 Kulemalt Galaktose

Ca. 5 g (10 ml) kommersiell d(+)-galaktose (vannfritt

pulver') anbringes i et aluminiumoksyd-kammer med aluminiumoksyd-ender som inneholder tre aluminiumoksydkuler med diameter ca. 13 mm, under en lavfuktighets-atmosfære (20% relativ fuktighet) . Ovennevnte innretning anbringes i en Pitchford kulemølle, modell 3800. Galaktosen pulveriseres i kulemøllen i 10 minutter, tas så ut av kammeret og lagres i et miljø med lav fuktighet (20% relativ fuktighet) og romtemperatur (19-29°) inntil bruk.

I motsetning til utgangspulveret, som faktisk ikke

har noen evne til mikrobobledannelse, har den kulemalte galaktose en midlere partikkelstørrelse på 45^,um, hvilke partikler er aggregater av mikrokrystaller med en midlere størrelse på lO^um med hulrom mellom mikrokrystallene med omtrent samme størrelse, som er høyst aktive mikroboblekjerner.

Eksempel 2 Rekrystallisert Dekstrose

15 g kommersiell d-dekstrose (monohydrat-pulver USP.) anbringes i et. 100 ml begerglass og fuktes med 4,8 ml varmt (100°C) avionisert vann. Begeret oppvarmes i et vannbad (100°C) mens dets innhold omrøres inntil alle dekstrosekrys'-tallene er oppløst. Begeret avkjøles i et isbad,og innholdet omrøres inntil krystaller begynner å dannes. Begeret dekkes med plastfolie og nedkjøles (6°C) i 12 timer,.

Innholdet i begeret tas ut, anbringes på filterpapir og vaskes med 100% etanol. Krystallene på filterpapiret anbringes i et atmosfære med la<y> fuktighet (20% relativ fuktighet) inntil de er tørre (12 timer). De tørre krystaller knuses ved anvendelse av morter og pistill, og siktes så gjennom en sikt med 180yum åpninger. Det siktede materiale lagres i et miljø med lav fuktighet (20% relativ fuktighet) og romtemperatur (19-29°C) inntil bruk.

Til forskjell fra utgangspulveret har det siktede materiale aggregater med en gjennomsnittlig størrelse på 75^um, av mikrokrystaller med middelstørrelse lO^um, med hulrom mellom mikrokrystallene av omtrent samme størrelse, som er høyst aktive mikroboblekjerner.

E ksempel 3 Rekrystallisert Natriumklorid

10 ml NaCl av matvare-kvalitet (atskilte krystaller på 295^um) oppløses i 20 ml avionisert vann i en digel. Dige-len oppvarmes hurtig inntil alt vannet er kokt av. De gjenværende krystaller siktes deretter gjennom en sikt med åpninger på 180yum. Det siktede materiale oppbevares ved romtemperatur (19-29°C) inntil bruk.

Det rekrystalliserte NaCl har aggregater (58^um middel-størrelse) av mikrokrystaller (26^um middelstørrelse) med hulrom mellom mikrokrystallene med omtrent samme størrelse som er høyst aktive mikroboblekjerner.

Eksempel 4 Suspensjon av Faststoff-Forløper i Bærervæske

10 ml propylenglykol (PG) sterilisert med tørr varme (120°C, 4 timer) blandes med 90 ml steril, kommersiell 5% dekstrose i vann (D5W).

Tilsett 1,5 g av den kulemalte galaktose ifølge Eksempel 1 til 3 ml av den således fremstilte PG/D5W-bærervæske i et polyetylen-plastbeger på 50 ml. Rør i ca. 15 sekunder inntil den melkeaktige (med mikrobobler med et gjennomsnitt på ca. lO^um) blanding er blitt homogen. Trekk blandingen inn i en steril kanyle og fjern alle innesluttede gasslommer. Anvend blandingen innen ca. 10 minutter etter blanding for maksimal mikrabobledånnelse.

Følg fremgangsmåten.i Eksempel 4, under anvendelse av enten den samme mengde av den rekrystalliserte dekstrose ifølge Eksempel 2 eller det rekrystalliserte NaCl ifølge Eksempel 3 for fremstilling av flytende blandinger med tilsvarende mikrobobledannelses-evner. Anvend blandingen innen ca. 10 minutter etter blanding for maksimal mikroboble-dannelse .

FABRIKASJONSARTIKKEL

Eksempel 5 Utstyrssett

Trekk inn i en 10 ml sprøyte ca. 5,4 ml av PG/D5W-bærervæsken ifølge Eksempel 4 og tildekk den innsnevrede del av sprøyten hvor kanylen er tilkoplet, med et fjernbart deksel. Sterilisér den lukkede enhet, f.eks. ved at den utsettes

for ca. 1,5 M-rad kobolt-60 gammastråler. Fyll, under en tørr nitrogen-atmosfære, en 10 ml plastpose dannet av fleksibel polyetylenfilm med ca. 2,7 g av den kulemalte galaktose ifølge Eksempel 1, av den rekrystalliserte dekstrose ifølge Eksempel 2 eller den rekrystalliserte NaCl ifølge Eksempel 3. Forsegl posens åpning med en tynn gummimembran og tildekk membranen med et metallokk og et korrugert deksel for å holde lokket på plass. Steriliser den forseglede' pose, f.eks. ved at den utsettes for ca. 1,5 M-rad kobolt-60 gammastråler. Pakk inn sprøyteposen som et utstyrssett, eventuelt sammen med en steril kanyle nr. 16.

I en annen versjon byttes plastposen med en vanlig ampulle med gummikork som beskrevet i det foregående. Faststof f-f orløperen og bærervæsken blandes ved at blandingen overføres frem og tilbake mellom ampullen og sprøyten, flere ganger.

Eksempel 6 Fremgangsmåte for Dannelse av Mikrobobler

For fremstilling av en suspensjon av faststoff-mikro-bobleforløper i en bærervæske ifølge denne oppfinnelse ved anvendelse av utstyrssettet ifølge Eksempel 5, fjernes deks-let fra sprøyten og kanylen monteres sterilt på denne.

Fjern det korrugerte deksel og lokket fra plastposens åpning, stikk igjennom gummimembranen og sprøyt innholdet i sprøyten inn i posen. Bland faststoff-mikrobobleforløperen med bærervæsken manuelt i posen inntil en viskøs melkeaktig (på grunn av mikrobobledannelse) homogen blanding er dannet. Trekk blandingen ut av posen inn i sprøyten og anvend den innen ca. 10 minutter.

Eksempel 7 Fremgangsmåte for Anvendelse av Mikrobobler

Innen noen minutter etter dannelse av suspensjonen

av galaktose i PG/D5W-bærervæsken som beskrevet i Eksempel 6, utføres en bolus-injeksjon med 3 ml av blandingen inne-', holdende 1,5 g galaktoseforløper gjennom et plast-kateter inn i lårvenen hos en hund på 25-40 kg. Øyeblikkelig etter injeksjonen injiseres gjennom det samme injeksjonssted en 10 ml bolus saltvanns-skyllevæske. Under kontrast-injeksjonen og saltvanns-skyllingen holdes med hendene en vanlig ultrasonisk transducer, tilkoplet akustisk gel, mot hundens .høyre bryst-sidevegg ved et ribbe-mellom-

rom mens hunden ligger på sin høyre side. Registrer sig-nalene. M-modus- og/eller 2D-ekkokontrast-forsterkede ultrasoniske bilder oppnås av den høyre hjertehalvdel, og vedvarer i = 10 sekunder.

Den ovennevnte fremgangsmåte kan også følges under anvendelse av 2,7 g faststoff-forløper i 5,4 ml bærervæske og en skylling med 18 ml saltvann, for oppnåelse av forsterkede ultrasoniske bilder av den høyre hjertehalvdel hos mennesker, idet transduceren holdes med hendene mot pasientens venstre brystvegg ved et ribbe-mellomrom eller i subxiphoid (under brystbenet) stilling mens pasienten ligger på rygg.

Ved anvendelse av ovennevnte fremgangsmåte oppnås de følgende ultrasoniske bildeforsterkninger:

Claims (6)

1. Mikrobobleforløper i steril, injiserbar enhets-doseringsform, tilpasset for injisering i et væskeholdig område hos et levende vesen, for eksempel blodstrømmen, karakterisert ved at den omfatter et partikkelformet fast stoff som er av ikke-toksisk, fysiologisk akseptabelt materiale, oppløselig i væsken/blodet og hovedsakelig fritt for mikrobobler, hvilke partikler er aggregater (5) av mikropartikler (7) med en gjennomsnittlig størrelse i området fra 1 til 250 pm, hvilke mikropartikler (7) avgrenser gassfylte hulrom (11, 13) seg i mellom og kan inneholde intrakrystallinske gasslommer (15), og hvor forholdet mellom massen av mikropartiklene (7) og volumet av gass i hulrommene (11, 13) dem i mellom er tilstrekkelig stort til at væske/blod hvori mikro-bobleforløperen blir oppløst, vil bli overmettet med hensyn til gassen i det område av væsken/blodet som omgir mikroboblene når de dannes deri.

2. Mikrobobleforløper ifølge krav 1, karakterisert ved at det partikkelformede faste stoff er dekstrose, galaktose, maltose eller natriumklorid.

3. Mikrobobleforløper ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det faste partikkelformede stoff er aggregater (5) av minst 10 mikropartikler (7) hvis gjennomsnittlige størrelse er fra 1 til 50 pm.

4. Mikrobobleforløper ifølge hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at den består av en flytende injiserbar suspensjon i en bærervæske (3) som er ikke-toksisk og fysiologisk akseptabel og i hvilken det partikkelformede faste stoff er i det minste forbigående stabilt.

5. Fremgangsmåte til fremstilling av en vandig suspensjon av mikrobobler egnet for injisering i et væskeholdig område hos et levende vesen, for eksempel blodstrømmen, karakterisert ved at man umiddelbart før injiseringen fremstiller en suspensjon av (a) en enhetsdoseringsmengde av et sterilt injiserbart materiale i enhetsdoseringsform og egnet for injisering i et væskeholdig område, for eksempel blodstrømmen hos et levende vesen og som vil frembringe mikrobobler i væsken/blodstrømmen, omfattende et fast stoff i partikkelform hvilket er av ikke-toksisk, fysiologisk akseptabelt materiale, oppløselig i væsken/blodet og hovedsakelig fritt for mikrobobler, hvis partikler er aggregater (5) av mindre partikler (7) og inneholder gassfylte hulrom, hvor de mindre partikler (7) har en gjennomsnittlig størrelse i området 1-250 pm, og hvor forholdet mellom massen av de mindre partikler (7) og volumet av gass i hulrommene (11, 13) dem i mellom er tilstrekkelig stort til at væske/blod hvori materialet blir oppløst, vil bli overmettet med hensyn til gassen i det område av væsken/blodet som omgir mikroboblene når de dannes deri, og (b) en enhetsdoseringsmengde av en bærervæske som er ikke-toksisk og fysiologisk akseptabel og i hvilken det faste stoff i partikkelform er i det minste temporært stabilt slik at en fluid injiserbar suspensjon kan dannes.

6. Anvendelse av en mikrobobleforløper i steril, injiserbar enhetsdoseringsform omfattende et partikkelformet fast stoff som er av ikke-toksisk, fysiologisk akseptabelt materiale, oppløselig i blod og hovedsakelig fritt for mikrobobler, hvilke partikler er aggregater (5) av mikropartikler (7) med en gjennomsnittlig størrelse i området fra 1 til 250 pm, hvilke mikropartikler (7) avgrenser gassfylte hulrom (il, 13) seg i mellom og kan inneholde intrakrystallinske gasslommer (15), og hvor forholdet mellom massen av mikropartiklene (7) og volumet av gass i hulrommene (11, 13) dem i mellom er tilstrekkelig stort til at blod i hvilket mikrobobleforløperen blir oppløst, vil bli overmettet med hensyn til gassen i det område av blodet som omgir mikroboblene når de dannes deri, for injisering i blodstrømmen hos et levende vesen.