DE69230885T3

DE69230885T3 - Gasförmige ultraschallkontrastmittel

Info

Publication number: DE69230885T3
Application number: DE69230885T
Authority: DE
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: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2012-09-03
Also published as: DK0605477T3; JPH07501319A; HUT68083A; EP0605477A4; ATE191346T1; NO313577B1; SG54121A1; DE605477T1; EP0605477A1; CZ286149B6; GR3033908T3; RU2114637C1; FI941242A0; CZ61294A3; HU9400786D0; DE69230885D1; EP0605477B2; NO940956L; US5558094A; US5558094B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kontrastmedien für die Ultraschallbildverstärkung.
Diese Erfindung betrifft Mittel, die den Kontrast in einem erzeugten Ultraschallbild verstärken, das für die Verwendung bei der medizinischen Untersuchung erzeugt wird. Die hier offenbarten kontrastverstärkenden Medien enthalten extrem kleine Gasbläschen, die in einer Lösung vorliegen, die dem Körper durch Infusion während oder kurz bevor ein Ultraschallbild erzeugt wird, zugeführt wird. Diese Erfindung ist nützlich, um solche Bilder durch Gase zu verstärken, aus denen eine Ansammlung an freien Gas-Mikrobläschen hergestellt werden kann, die neue und bessere Eigenschaften aufweisen. Diese Mikrobläschen können extrem klein sein und trotzdem lang genug in dem Blutstrom überleben, um eine kontrastverstärkte Bilderzeugung von Teilen des kardiovaskulären Systems, des peripheralen vaskulären Systems und von lebenswichtigen Organen zu ermöglichen, von denen man zuvor angenommen hatte, daß sie für freie Gas-Mikrobläschen nicht zugänglich sind.
Wenn Ultraschall verwendet wird, um ein Bild der inneren Organe und der Strukturen eines Menschen oder eines Tieres zu erhalten, werden die Ultraschallwellen – Wellen einer Schallenergie bei einer Frequenz, die oberhalb der Frequenz liegt, die mit dem menschlichen Ohr wahrnehmbar ist – reflektiert, wenn sie den Körper passieren. Unterschiedliche Arten von Körpergewebe reflektieren die Ultraschallwellen unterschiedlich und die Reflexionen, die oft passend als "Echos" beschrieben werden, die durch die Ultraschallwellen erzeugt werden, die von verschiedenen inneren Strukturen reflektiert werden, werden aufgezeichnet und elektronisch in eine sichtbare Anzeige überführt. Diese Anzeige kann sich auf verschiedene Weise, einschließlich der Bewertung des Fortschreitens einer kardiovaskulären Krankheit oder der Existenz oder der Art eines Tumors für einen Arzt oder einen anderen Diagnostiker als unschätzbar erweisen.
Bei einigen medizinischen Bedingungen ist es insbesondere schwierig, ein brauchbares Bild des interessierenden Organs oder der interessierenden Struktur zu erhalten, da die Details der Struktur von dem umgebenden Gewebe in einem Ultraschallbild, das durch Reflexion von Ultraschallwellen in Abwesenheit eines kontrastverstärkenden Mittels hergestellt worden ist, nicht ausreichend voneinander unterschieden werden können. Hinzu kommt, daß die traditionellen Ultraschallbilder bekanntermaßen eine geringe Qualität und Auflösung aufweisen. Aus diesen Gründen kann die Detektion und Beobachtung verschiedener physiologischer Zustände wesentlich verbessert werden, indem der Kontrast in einem Ultraschallbild durch Verabreichung eines Mittels in ein interessierendes Organ oder in eine andere interessierende Struktur verstärkt wird. In anderen Fällen ist die Anzeige der Bewegung des kontrastverstärkenden Mittels selbst besonders wichtig. Z.B. kann ein anderes Blutfließmuster, von dem bekannt ist, daß es von besonderen kardiovaskulären Abnormalitäten herrührt, nur wahrgenommen werden, indem man ein Kontrastmittel in den Blutstrom durch Infusion zuführt und die Dynamik des Blutflusses beobachtet.

Schlief, Curr. Opin. Radiol. 3:2:198-207 (1991) offenbart den Entwicklungsstand der Ultraschallkontrastmedien zum Zeitpunkt der Erfindung. Es werden luftgefüllte Mikrosphären aus menschlichem Albumin (Albunex), Saccharid-Mikroteilchen-Suspensionen (SHU 454) und Perfluor-octylbromid (PFOB) und deren Verwendung als Ultraschall-kontrastmittel diskutiert.
Bleeker, J., Ultrasound Med., 9:8:461-71 offenbart die Verwendung von Albunex, SHU-454, 1%igem Wasserstoffperoxid und schallbehandelten Lösungen von Dextrose, Sorbit, Albumin und Renografin-76, um Luft-Mikrobläschen zur Verwendung als Ultraschallkontrastmittel zu stabilisieren. Albunex ergab die besten Ergebnisse.
Ohta, et al., JPN J. Med. Ultrasound 18:4:318-326 (1991) offenbart die Verwendung von schallbehandeltem Urografin, lopamiron 370, Haemacell, 5 % menschlichem Albumin und 0,9 % Kochsalzlösung, um Luft-Mikrobläschen zur Verwendung als Ultraschallkontrastmittel zu stabilisieren.
Kalbalnov, et al., J. Fluorine Chemistry 50:3:271-84 (1990) offenbart die Kinetik der Zunahme der Teilchengröße in verschieden Fluorkohlenstoff-Emulsionen. Es wurde eine Korrelation zwischen der Fluorkohlenstoff-Löslichkeit in Wasser und der Lösemittelhohlraumfläche gefunden, die eine Vorhersage der Fluorkohlenstoff-Emulsionsstabilität aufgrund der Fluorkohlenstoff-Struktur ermöglicht.

Medizinische Forscher haben extensive Untersuchungen bei der Verwendung von Feststoffen, Gasen und Flüssigkeiten bei dem Versuch unternommen, kontrastverstärkende Mittel für den Ultraschall zu entdecken, die für besondere Untersuchungszwecke geeignet sind. Verbundsubstanzen, wie gelatineverkapselte Mikrobläschen, Lipsome, in denen Gas eingearbeitet ist, schallbehandelte teilweise denaturierte Proteine und Emulsionen, die hochfluorierte organische Verbindungen enthalten, wurden bei dem Versuch ebenfalls untersucht, ein Mittel zu entwickeln, welches bestimmte ideale Qualitäten aufweist, primär eine Stabilität im Körper und die Fähigkeit, einen signifikant verstärkten Kontrast in einem Ultraschallbild bereitzustellen.
Kleine Bläschen eines Gases, sogenannte "Mikrobläschen", werden leicht in einem Bild detektiert, das unter Verwendung von Standard-Ultraschallbilderzeugungstechniken hergestellt wird. Wenn Mikrobläschen durch Infusion in den Blutstrom oder einen besonderen Ort des Körpers zugeführt werden, verstärken sie den Kontrast zwischen der Region, die die Mikrobläschen enthält und dem umgebenden Gewebe.
Eine wesentliche Menge der Forschungsbemühungen, die sich auf kontrastverstärkende Mittel beziehen, hat sich auf die Verwendung von extrem kleinen Gasbläschen konzentriert. Forscher wissen seit langem, daß freie Gasbläschen ein hochwirksames Kontrastmittel bereitstellen, da ein Gasbläschen einzigartige physikalischen Eigenschaften aufweist, die die Ultraschallenergie, wenn sie durch den Körper geleitet wird, beeinflussen. Die Vorteile, die freie Gasbläschen im Gegensatz zu flüssigen oder festen Mitteln, die eine Kontrastverstärkung zeigen, bieten, werden detailliert weiter unten im Zusammenhang mit der Diskussion über Ultraschall-Diagnosetechniken beschrieben.
Trotz der bekannten Vorteile beeinträchtigt jedoch die schnelle Auflösung der freien Gasbläschen in Lösungen, wie in Blut oder in vielen wäßrigen intravenösen Lösungen, im großen Ausmaß ihre Verwendung als ein kontrastverstärkendes Mittel für den Ultraschall. Die wichtigsten Einschränkungen sind die Größe der Mikrobläschen und die Zeitdauer, für die ein Mikrobläschen existiert, bevor es sich in der Lösung auflöst.
Beim genaueren Prüfen der Größeanforderungen für Mikrobläschen müssen die Gasbläschen natürlich ausreichend klein sein, so daß eine Suspension der Bläschen nicht das Risiko einer Embolie in dem Organismus, in den sie eingeführt werden, mit sich bringt. Zur gleichen Zeit lösen sich die extrem kleinen freien Gasbläschen, die aus den Gasen bestehen, die normalerweise bei der Ultraschall-Kontrastbilderzeugung verwendet werden, so schnell auf, daß ihre bildverstärkenden Eigenschaften nur unmittelbar in der Nähe der Infusionsstelle existieren. Bei der Ultraschallbilderzeugung des kardiovaskulären Systems gibt es ein zusätzliches Hindernis. Medizinische Forscher haben die Zeit untersucht, die für die Auflösung von Mikrobläschen in Lösung, die aus gewöhnlicher Luft, reinem Stickstoff, reinem Sauerstoff oder Kohlendioxid bestehen, notwendig ist. Mikrobläschen dieser Gase, die ausreichend klein sind, um in der Lage zu sein, die Lungen zu passieren und die linke Herzkammer zu erreichen, mit einem Durchmesser von weniger als etwa 8 Mikron (μm), weisen eine Lebensspanne von weniger als etwa 0,25 s auf. Meltzer, R. S., Tickner, E. G., Popp, R. L., "Why Do the Lungs Clear Ultrasonic Contrast?" Ultrasound in Medicine and Biology, Vol. 6, S. 263, 267 (1980). Da das Blut mehr als 2 s braucht, um die Lungen zu passieren, würden die Mikrobläschen dieser Gase während des Durchgangs durch die Lungen vollständig aufgelöst werden, und sie würden niemals die linke Herzkammer erreichen. Vgl. oben. Primär aufgrund dieser gegenläufigen Anforderungen an Bläschengröße und Lebensspanne schlossen viele Forscher, daß freie Gas-Mikrobläschen als ein kontrastversärkendes Mittel für die Ultraschalluntersuchung von bestimmten Teilen des kardiovaskulären Systems nicht geeignet sind.
Die kontrastverstärkenden Medien für den Ultraschall, die hier beschrieben sind, enthalten jedoch Mikrobläschen, die aus biokompatiblen Gasen zusammengesetzt sind, die ausreichend klein sind, daß sie den Lungenkapillar-Durchmesser von etwa 8 μm (Mikron) passieren, so daß eine kontrast-verstärkende Ultraschalluntersuchung der linken Herzkammer ermöglicht wird. Die freien Gas-Mikrobläschen überleben in dem Blutstrom lange genug, so daß sie peripher intravenös eingeführt werden können, durch die rechte Herzkammer wandern, durch die Lungen wandern und in die linke Herzkammer wandern, ohne daß sie sich in der Lösung auflösen. Zusätzlich weisen einige dieser Medien eine extrem lange Beständigkeit in Lösung auf und werden die Kontrastverstärkung vieler anderer Organe und Strukturen ermöglichen.
Diese Erfindung beseitigt viele der inhärenten Beschränkungen, von denen geglaubt wurde, daß sie mit der Verwendung von freien Gas-Mikrobläschen auftreten, so daß die Mikrobläschen, die aus diesen Gasen bestehen, nicht an den gleichen Beschränkungen leiden wie die Mikrobläschen, die zuvor untersucht worden sind. Somit wurde entdeckt, daß die kontrastverstärkenden Medien für den Ultraschall, die hier beschrieben sind und die eine Zusammensetzung aus Mikrobläschen aufweisen, die unter Verwendung eines biokompatiblen Gases oder einer Kombination aus Gasen, die hier offenbart sind, hergestellt wurden, für eine ausreichende Zeitdauer existieren können und eine ausreichend kleine Größe aufweisen, daß ihre Stabilität in dem Blutstrom eine kontrastverstärkte Ultraschallbilderzeugung von bestimmten Strukturen in dem Körper ermöglicht, von denen zuvor geglaubt wurde, daß sie den freien Gas-Mikrobläschen nicht zugänglich sind.

Unter Verwendung des Ausdruckes "biokompatibles Gas" versteht man eine chemische Funktionseinheit, die fähig ist, ihre Funktionen innerhalb oder auf einem lebendigen Organismus auf akzeptable Weise zu erfüllen, ohne eine übermäßige Toxizität oder übermäßige physiologische oder pharmakologische Wirkungen, und die bei der Temperatur des lebendigen Organismus in einem Zustand vorliegt, der sich von Fest- oder Flüssigzuständen durch eine sehr geringe Dichte und Viskosität, eine relative große Expansion und Kontraktion bei Druck- und Temperaturänderungen und die spontane Tendenz, einheitlich in einem Behälter verteilt zu werden, unterscheidet. Die folgende Tabelle enthält die angenommenen Körpertemperaturen für unterschiedliche lebende Organismen.

Organismen	Rektaltemperatur
Organismen	(°F)	(°C)
Schwein (Sus Scrofa)	101,5-102,5	38,6-39,2
Schaf (Ovis sp.)	101-103	38,3-39,4
Hase (Oryctolaqus cuniculus)	102-103,5	38,8-39,7
Ratte (Tattus morvegicus)	99,5-100,6	37,5-38,1
Affe (Macaca mulatta)	101-102	38,3-38,8
Maus (Mus musculus)	98-101	36,6-38,3
Ziege (Capra hircus)	101-103	38,3-39,4
Meerschweinchen (Cavia porcellus)	102-104	38,8-40,0
Hamster (Mesocricetus sp.)	101-103	38,3-39,4
Mensch (Homo sapiens)	98,6-100,4	37,0-38,0
Pferd (Equus sp.)	101-102,5	38,3-39,2
Hund (Canin familiaris)	101-102	38,3-38,8
Pavian (Papio)	98-100	36,6-37,8
Katze (Felis catus)	101-102	38,3-38,8
Rindvieh (Bos taurus)	101,5-102,5	38,6-39,2
Schimpanse (Pan)	96-100	35,5-37,8

Techniken zum Messen von kontrastverstärkenden Phänomenen für den Ultraschall
Um den Gegenstand der vorliegenden Erfindung verständlicher zu machen, ist es nützlich, zu beschreiben, was zur Zeit über die Technologie der Ultraschallbilderzeugung bekannt ist, und unter diesem Gesichtspunkt einen Überblick zu geben über die Suche nach verbesserten kontrastverstärkenden Mitteln für den Ultraschall.
Materialien, die als Kontrastmittel für den Ultraschall nützlich sind, fungieren so, daß sie einen Einfluß auf die Ultraschallwellen haben, wenn diese durch den Körper hindurchtreten und reflektiert werden, um ein Bild zu erzeugen, aufgrund dessen eine medizinische Diagnose gestellt wird. Bei einem Versuch, ein wirksames Bild-Kontrastmittel zu entwickeln, erkennt der Fachmann, daß verschiedene Arten an Substanzen Ultraschallwellen in unterschiedlicher Weise und in unterschiedlichen Ausmaßen beeinflussen. Darüber hinaus werden einige dieser Wirkungen, die durch die kontrastverstärkenden Mittel verursacht werden, leichter gemessen und beobachtet als andere Effekte. Somit würde man, wenn man eine ideale Zusammensetzung für ein kontrastverstärkendes Mittel auswählt, die Substanz bevorzugen, die die dramatische Wirkung auf die Ultraschallwelle aufweist, wenn diese durch den Körper geleitet wird. Auch sollte die Wirkung auf die Ultraschallwelle leicht zu messen sein. Es gibt drei hauptsächliche kontrastverstärkende Wirkungen, die in einem Ultraschallbild gesehen werden können: Rückstreuung, Strahlschwächung und die Geschwindigkeit des Schall-differentials. Jede dieser Wirkungen wird der Reihe nach beschrieben.
A. Rückstreuung
Wenn eine Ultraschallwelle, die durch einen Körper hindurchtritt, an eine Struktur, wie ein Organ oder anderes Körpergewebe stößt, reflektiert die Struktur einen Teil der Ultraschallwelle. Unterschiedliche Strukturen innerhalb des Körpers reflektieren die Ultraschallenergie auf unterschiedliche Weise und mit unterschiedlicher Stärke. Diese reflektierte Energie wird detektiert und verwendet, um ein Bild der Strukturen, durch die die Ultraschallwelle getreten ist, zu erzeugen. Der Ausdruck "Rückstreuung" bezieht sich auf das Phänomen, bei dem die Ultraschallenergie durch eine Substanz mit bestimmten physikalischen Eigenschaften zurück zu der Quelle gestreut wird.
Es war schon lange bekannt, daß der beobachtete Kontrast in einem Ultraschallbild durch die Anwesenheit von Verbindungen, die dafür bekannt sind, ein hohes Maß an Rückstreuung zu verursachen, verstärkt werden kann. Wenn solch eine Substanz einem einzelnen Teil des Körpers verabreicht wird, wird der Kontrast zwischen dem Ultraschallbild von diesem Teil des Körpers und dem umgebenden Gewebe, das die Substanz nicht enthält, verstärkt. Es ist klar, daß in Abhängigkeit von ihren physikalischen Eigenschaften verschiedene Substanzen eine Rückstreuung in unterschiedlichen Ausmaßen verursachen. Demgemäß hat sich die Suche nach kontrastverstärkenden Mitteln auf Substanzen konzentriert, die stabil und ungiftig sind und die das größte Maß an Rückstreuung zeigen.
Unter bestimmten Annahmen über die Art, wie eine Substanz die Ultraschallenergie reflektiert, wurden mathematische Formeln entwickelt, die das Phänomen der Rückstreuung beschreiben. Ein geübter Forscher kann beim Arbeiten mit diesen Gleichungen die Fähigkeit des gasförmigen, flüssigen und festen kontrastverstärkenden-Mittels, das die Rückstreuung verursacht, berechnen und das Ausmaß, bis zu dem eine bestimmte Substanz eine meßbare Rückstreuung verursacht, kann mit anderen Substanzen in bezug auf die physikalischen Eigenschaften, die bekannt sind, daß sie Rückstreuungsphänomene verursachen, verglichen werden. Als einfaches Beispiel wird die Fähigkeit der Substanz A, Rückstreuung zu verursachen, größer sein als die der Substanz B, wenn, wobei alle anderen Faktoren gleich sein sollen, die Substanz A größer ist als die Substanz B. Somit streut die größere Substanz, wenn beide Substanzen auf eine Ultraschallwelle stoßen, eine größere Menge der Ultraschallwelle.
Die Fähigkeit einer Substanz, eine Rückstreuung der Ultraschallenergie zu verursachen, hängt auch von anderen Eigenschaften der Substanz ab, wie von der Fähigkeit, verdichtet zu werden. Von besonderer Wichtigkeit ist der dramatische Zuwachs bei der Rückstreuung, der von Gasbläschen verursacht wird, was auf das Bläschen-Resonanzphänomen, das unten beschrieben wird, zurückzuführen ist. Wenn verschiedene Substanzen untersucht werden, ist es nützlich, eine besondere Maßeinheit der Fähigkeit einer Substanz, Rückstreuung zu bewirken, die als der "Streuquerschnitt" bekannt ist, zu vergleichen.
Der Streuquerschnitt einer bestimmten Substanz ist proportional zu dem Radius des Streuers und hängt auch von der Wellenlänge der Ultraschallenergie und von anderen physikalischen Eigenschaften der Substanz ab, J. Ophir und K. J. Parker, Contrast Agents in Diagnostic Ultrasound, Ultrasound in Medicine & Biology, Vol. IS, n. 4, S. 319, 323 (1989).
Der Streuquerschnitt eines kleinen Streuers, a, kann durch eine bekannte Gleichung bestimmt werden:
worin κ = 2 π/λ ist, wobei λ die Wellenlänge ist; a = der Radius des Streuers; κ_S = die adiabatische Kompressibilität des Streuers; κ = die adiabatische Kompressibilität des Mediums, in dem der Streuer vorliegt, ρ_S = die Dichte des Streuers und ρ = die Dichte des Mediums, in dem der Streuer vorliegt. P. M. Morse und K. U. Ingard, Theoretical Acoustics, S. 427, McGraw Hill, New York (1968).
Man kann beim Berechnen der Verwendung von verschiedenen Substanzen als Bildkontrastmittel diese Gleichung verwenden, um zu bestimmen, welche Mittel den höheren Streuquerschnitt aufweisen und demgemäß, welche Mittel den größten Kontrast in einem Ultraschallbild bereitstellen.
Unter Bezugnahme auf die obige Gleichung kann angenommen werden, daß die erste eingeklammerte Größe in der obigen Gleichung zum Zweck des Vergleichens von festen, flüssigen und gasförmigen Streuern konstant ist. Es kann angenommen werden, daß die Kompressibilität eines festen Teilchens viel geringer ist wie die des umgebenden Mediums und daß die Dichte des Teilchens viel größer ist. Unter Verwendung dieser Annahme kann der Streuquerschnitt eines festen teilchenförmigen kontrastverstärkenden Mittels als 1,75 berechnet werden. Ophir und Parker, siehe oben, bei 325.
Für einen reinen flüssigen Streuer sind die adiabatische Kompressibilität und die Dichte des Streuers κ_S und des Umgebungsmediums κ wahrscheinlich in etwa gleich, was anhand der obigen Gleichung zu dem Ergebnis führen würde, daß Flüssigkeiten einen Streuquerschnitt von Null aufweisen. Jedoch können Flüssigkeiten etwas Rückstreuung zeigen, wenn große Volumina eines flüssigen Mittels vorhanden sind, was wahrscheinlich darauf zurückzuführen ist, daß der Term a in der ersten eingeklammerten Größe in der obigen Gleichung ausreichend groß wird. Wenn z.B. ein flüssiges Mittel aus einem sehr kleinen Behälter in einen sehr großen Behälter überführt wird, so daß die Flüssigkeit im wesentlichen den gesamten Behälter einnimmt, kann die Flüssigkeit eine meßbare Rückstreuung zeigen. Trotzdem ist es angesichts der obigen Gleichung und dem folgenden dem Fachmann verständlich, daß reine Flüssigkeiten im Vergleich zu freien Gas-Mikrobläschen relativ unwirksame Streuer sind.
Es ist bekannt, daß Änderungen in den akustischen Eigenschaften einer Substanz an der Schnittstelle zwischen zwei Phasen, d.h. Flüssigkeit/Gas stattfinden, da die Reflexionseigenschaften einer Ultraschallwelle sich wesentlich an dieser Schnittstelle ändern. Zusätzlich ist der Streuquerschnitt eines Gases von dem einer Flüssigkeit oder eines Feststoffes zum Teil beträchtlich unterschiedlich, da ein Gasbläschen zu einem viel größeren Ausmaß verdichtet werden kann als eine Flüssigkeit oder ein Feststoff. Die physikalischen Eigenschaften von Gasbläschen in Lösung sind bekannt und es können in der obigen Gleichung Standardwerte für die Kompressibilität- und Dichtezahl für gewöhnliche Luft verwendet werden. Unter Verwendung von diesen Standardwerten ist das Ergebnis für den zweiten eingeklammerten Term alleine in der obigen Gleichung etwa 10¹⁴, Ophir und Parker, siehe oben, bei 325, wobei sich der totale Querschnitt mit dem Radius a der Bläschen verändert. Darüber hinaus zeigen freie Gasbläschen in einer Flüssigkeit eine oszillierende Bewegung, so daß bei bestimmten Frequenzen Gasbläschen bei einer Frequenz, die in der Nähe von den Ultraschallwellen liegen, die gewöhnlich bei der medizinischen Bilderzeugung verwendet werden, in Resonanz treten. Als Ergebnis kann der Streuquerschnitt eines Gasbläschens über 1000-mal größer sein als seine physikalische Größe.
Somit wurde entdeckt, daß Gas-Mikrobläschen bessere Ultraschallenergiestreuer sind, und daß sie ein ideales kontrastverstärkendes Mittel ergeben würden, wenn das Hindernis ihrer schnellen Auflösung in Lösung überwunden werden könnte.
B. Strahlschwächung
Eine andere Wirkung, die bei der Anwesenheit von bestimmten festen kontrastverstärkenden Mitteln beobachtet werden kann, ist die Schwächung der Ultraschallwelle. Es wurde bei der konventionellen Bilderzeugung ein Bildkontrast beobachtet, der auf lokalisierte Schwächungsunterschiede zwischen bestimmten Gewebetypen zurückzuführen ist. K. J. Parker und R. C. Wang, "Measurement of Ultrasonic Attenuation Within Regions selected from B-Scan Images", IEEE Trans. Biomed. Enar. BME 30(8), S. 431-37 (1983); K. J. Parker, R. C. Wang und R. M. Lerner, "Attenuation of Ultrasound Magnitude and Frequency Dependence for Tissue Characterization", Ra diology, 153(3), S. 785-88 (1984). Es wurde die Hypothese aufgestellt, daß Messungen der Schwächung einer Region des Gewebes, die vor und nach der Infusion eines Mittels aufgenommen wurden, zu einem verstärkten Bild führen kann. Jedoch sind Techniken, die auf einem Schwächungskontrast als Mittel zur Messung der Kontrastverstärkung eines flüssigen Mittels basieren, nicht gut entwickelt und, sogar wenn sie vollständig entwickelt sind, können sie an Einschränkungen, die die inneren Organe oder die Strukturen betreffen, leiden, innerhalb derer diese Technik verwendet werden kann. Z.B. ist es unwahrscheinlich, daß ein Schwächungsverlust, der auf flüssige Kontrastmittel zurückzuführen ist, in dem Bild des kardiovaskulären Systems beobachtet werden kann, aufgrund des großen Volumens des flüssigen Kontrastmittels, das in einem gegebenen Behälter anwesend sein muß, bevor ein beträchtlicher Unterschied bei der Schwächung gemessen werden konnte.
Es wurde eine Messung des Schwächungskontrastes, der durch Mikrosphären von Albunex (Molecular Biosystems, San Diego, CA) verursacht wurde, in vitro durchgeführt und es wurde vorgeschlagen, daß eine in-vivo-Schwächungskontrastmessung erreicht werden könnte. H. Bleeker, K. Shung, J. Burnhart, "On the Application of Ultrasonic Contrast Agents for Blood Flowometry and Assessment of Cardiac Perfusion", J. Ultrasound Med. 9:461-471 (1990). Albunex^® ist eine Suspension aus 2 bis 4 Mikron (μm) verkapselten luftgefüllten Mikrosphären, von denen beobachtet wurde, daß sie eine akzeptable Stabilität in vivo aufweisen und daß sie ausreichend klein sind, so daß eine Kontrastverstärkung in dem linken Atrium oder Ventrikel stattfinden kann. Es wurde auch ein Schwächungskontrast, der von Iodipamidethylester (IDE)-Teilchen, die sich in der Leber anhäuften, beobachtet. Unter solchen Umständen glaubt man, daß die Kontrastverstärkung von der Schwächung der Ultraschallwelle resultiert, die von der Anwesenheit von dichten Teilchen in einem weichen Medium resultiert. Die Energie-Absorption durch die Teilchen findet durch einen Mechanismus statt, der als "relative Bewegung" bezeichnet wird. Es kann gezeigt werden, daß die Änderung in der Schwächung, die durch die relative Bewegung verursacht wird, linear mit der Teilchenkonzentration und mit dem Quadrat der Dichte-differenz zwischen den Teilchen und dem umgebenden Medium zunimmt. K. J. Parker, et al., "A Particulate Contrast Agent with Potential for Ultrasound Imaging of Liver", Ultrasound in Medicine & Biology, Band 13, Nr. 9, S. 555, 561 (1987). Somit kann, wenn eine beträchtliche Anhäufung von festen Teilchen vorliegt, der Schwächungskontrast ein denkbarer Mechanismus sein, um eine Bildkontrastverstärkung zu beobachten, obwohl diese Wirkung eine viel kleinere Größe aufweist als das Rückstreuungsphänomen und von geringem Nutzen bei kardiovaskulären Diagnosen sein dürfte.
C. Geschwindigkeit des Schalldifferentials
Eine zusätzliche mögliche Technik, um den Kontrast in einem Ultraschallbild zu verstärken wurde, wurde aufgrund der Tatsache vorgeschlagen, daß die Geschwindigkeit des Schalls sich in Abhängigkeit von den Medien, durch das er hindurchgeht, ändert. Somit kann, wenn ein ausreichend großes Volumen eines Mittels, in dem die Geschwindigkeit des Schalls eine andere Größe aufweist als in dem umgebenden Gewebe, einen Zielbereich durch Infusion verabreicht werden kann, der Unterschied in der Geschwindigkeit des Schalls durch den Zielbereich meßbar sein. Zur Zeit wird dieses Technik nur experimentell angewandt.
Somit hat, wenn man die drei oben beschriebenen Techniken zur Kontrastverstärkung bei einem Ultraschallbild betrachtet, die ausgeprägte Erhöhung bei der Rückstreuung, die durch freie Gas-Mikrobläschen verursacht wird, die dramatische Wirkung, und kontrastverstärkende Mittel, die dieses Phänomen nutzen, sollten am wünschenswertesten sein, wenn das Hindernis ihrer beschränkten Stabilität in Lösung beseitigt werden könnte.
Materialien, die zur Zeit als kontrastverstärkende Mittel verwendet werden
Im Hinblick darauf, was zur Zeit über die verschiedenen Techniken, die oben beschrieben sind, bekannt ist, führten Versuche, ein kontrastverstärkendes Mittel zu entwickeln, dessen Anwesenheit einen beträchtlichen Kontrast in einem Ultraschallbild erzeugt und dessen Lebenszeit in vivo ausreichend lang ist, um eine kontrastverstärkte Bilderzeugung des kardiovaskulären Systems zu ermöglichen, zu der Untersuchung einer großen Vielzahl an Substanzen – an Gasen, Flüssigkeiten, Feststoffen und Kombinationen von diesen – als potentielle kontrastverstärkende Mittel.
A. Feste Teilchen
Typischerweise sind feste Teilchen, die als potentielle kontrastverstärkende Mittel untersucht wurden, extrem kleine Teilchen, die in einheitlicher Größe hergestellt werden. Eine große Anzahl von diesen Teilchen kann durch Infusion verabreicht werden und zirkuliert frei in dem Blutstrom oder sie können durch Infusion in eine bestimmte Struktur oder Region in dem Körper verabreicht werden.
IDE-Teilchen sind feste Teilchen, die in großen Mengen mit einer relativ engen Größenverteilung von etwa 0,5 bis 2,0 μm (Mikron) hergestellt werden können. Es können sterile Salzlösungs-Injektionen dieser Teilchen injiziert werden und sie werden dazu neigen, sich in der Leber anzuhäufen. Wenn eine beträchtliche Anhäufung stattfindet, kann die Kontrastverstärkung entweder durch eine Schwächung des Kontrastes oder durch Rückstreumechanismen gezeigt werden. Obwohl Suspensionen, die diese festen Teilchen in einer Flüssigkeit dispergiert aufweisen, eine akzeptable Stabilität zeigen, sind die Rückstreu- oder Schwächungseffekte im Vergleich zu freien Gasbläschen relativ gering, und eine beträchtliche Anhäufung der Teilchen muß stattfinden, bevor ein merkbarer Kontrast in einem Ultraschallbild beobachtet wird. Somit wurde die Verwendung von diesen Suspensionen auf bestimmte Zelltypen beschränkt, bei denen die Teilchen die Tendenz aufweisen, zu koagulieren, weil, wenn die Suspension in dem besonderen Gewebe nicht ausreichend konzentriert wird, die Kontrastverstärkung klein sein wird.
SHU-454^® (Schering, A. G., Westberlin, Deutschland) ist ein experimentelles Kontrastverstärkungsmittel in Pulverform, das, wenn es mit einem Saccharid-Verdünner gemischt wird, eine Suspension aus Kristallen mit unterschiedlicher rhomboider und polyedrischer Form in einem Größenbereich von 5 bis 10 Mikron (μm) bildet. Obwohl der genaue Mechanismus, durch den diese Kristalle den Ultraschallkontrast verstärken, nicht vollständig verstanden ist, wird vermutet, daß die Kristalle Mikrobläschen in ihrer Struktur einfangen, oder daß die Kristalle selber die Ultraschallenergie durch einen bis jetzt nicht bestimmten Mechanismus rückstreuen.
B. Flüssigkeiten und Emulsionen
Bei einem anderen Versuch, ein zufriedenstellendes Mittel herzustellen, werden Emulsionen hergestellt, indem eine chemische Spezies, die mit Körpergewebe kompatibel ist, mit einer Spezies, die eine hohe Ultraschallkontrastverstärkung bewirkt, kombiniert werden. EP-A-0231091 offenbart Emulsionen von Öl-in-Wasser, die hochfluorierte organische Verbindungen enthalten, die im Zusammenhang ihrer möglichen Verwendung als Blutersatzstoff untersucht wurden, und die auch in der Lage sind, einen verstärkten Kontrast in einem Ultraschallbild bereitzustellen.
Es wurden auch Emulsionen untersucht, die Perfluor-octylbromid (PFOB) enthalten. Perfluoroctylbromid-Emulsionen sind flüssige Verbindungen, die für ihre Fähigkeit bekannt sind, Sauerstoff zu transportieren. PFOB-Emulsionen zeigen eine begrenzte Verwendung als Ultraschallkontrastmittel, da sie die Tendenz aufweisen, sich in bestimmten Zelltypen anzuhäufen. Obwohl der Mechanismus nicht vollständig verstanden ist, können PFOB-Emulsionen einen Ultraschallkontrast aufgrund ihrer hohen Dichte und ihrer relativ großen Kompressibilitätskonstante bereitstellen.
US-A-4 900 540 beschreibt die Verwendung von Liposomen auf Phospholipid-Basis, die ein Gas oder einen Gas-Vorläufer als kontrastverstärkendes Mittel aufweisen. Ein Liposom ist eine mikroskopische, sphärische Vesikel, die eine Doppelschicht aus Phospholipiden und anderen amphiphatischen Molekülen und einen inneren wäßrigen Hohlraum aufweist, wobei alles mit den Körperzellen kompatibel ist. Bei den meisten Anwendungen werden Liposome als Mittel verwendet, um biologisch aktive Materialien zu verkapseln. Die obige Druckschrift offenbart die Verwendung eines Gases oder eines Gas-Vorläufers, die in den Liposomkern eingearbeitet sind, um eine längere Lebensspanne des Gases bereitzustellen, wenn es durch Infusion in den Körper verabreicht wird. Die Herstellung von stabilen Liposomen ist ein teures und zeitaufwendiges Verfahren, das spezielle Rohmaterialien und Ausrüstung erfordert.
C. Mikrobläschen
Wie zuvor bemerkt, ist ein kritischer Parameter, der von einem Mikrobläschen, das als ein kontrastverstärkendes Mittel verwendet wird, erfüllt sein muß, die Größe. Freie Gas-Mikrobläschen, die größer als etwa 8 μm (Mikron) sind, können noch klein genug sein, um ein Hemmen des Blutflusses oder ein Verschließen der vaskulären Schichten zu verhindern. Jedoch werden Mikrobläschen, die größer sind als 8 μm (Mikron), aus dem Blutstrom entfernt, wenn Blut durch die Lungen fließt. Wie zuvor bemerkt, haben medizinische Forscher in der medizinischen Literatur berichtet, daß Mikrobläschen, die klein genug sind, daß sie die Lunge passieren, sich so schnell auflösen, daß eine Kontrastverstärkung von Bildern der linken Herzkammer mit einem freien Gas-Mikrobläschen nicht möglich ist. Meltzer, R. S., Tickner, E. G., Popp, R. L., "Why Do the Lungs Clear Ultrasonic Contrast?" Ultrasound in Medicine and Biolog, Vol. 6, S. 263, 267 (1980).
Jedoch wurde, in Kenntnis der Vorteile, die durch die Verwendung von Mikrobläschen als Kontrastverstärkungsmittel aufgrund ihres großen Streuquerschnitts erzielt werden können, eine beträchtliche Aufmerksamkeit auf das Entwickeln von Mischungen, die Mikrobläschen enthalten, die in Lösung stabil bleiben, gelenkt. Die Verstärkung der Stabilität der Gas-Mikrobläschen kann durch eine Vielzahl von Techniken bewerkstelligt werden.
Jede der folgenden Techniken enthält im wesentlichen das Suspendieren einer Kollektion von Mikrobläschen in einem Substrat, in dem ein Bläschen aus gewöhnlchem Gas stabiler ist als in dem Blutstrom.
Bei einer Methode werden Mikrobläschen in viskosen Flüssigkeiten erzeugt, die durch Injektion oder Infusion in den Körper, während die Ultraschalluntersuchung läuft, verabreicht werden. Die Theorie hinter der Verwendung von viskosen Flüssigkeiten betrifft den Versuch, die Geschwindigkeit, mit der sich das Gas in der Flüssigkeit auflöst, zu vermindern, und, während man dies tut, eine stabilere chemische Umgebung für die Bläschen bereitzustellen, so daß ihre Lebenszeit verlängert wird.
Es wurden verschiedene Variationen dieses allgemeinen Ansatzes beschrieben. EP-A-0324938 beschreibt eine viskose Lösung aus einem biokompatiblen Material, z.B. einem menschlichen Protein, in dem Mikrobläschen enthalten sind. Indem man eine viskose Protein-Lösung mit Schall behandelt, werden Mikrobläschen in der Lösung gebildet. Eine partielle Denaturierung des Proteins durch chemische Behandlung oder durch Hitze führt zu einer zusätzlichen Stabilität der Mikrobläschen in der Lösung, indem die Oberflächenspannung zwischen dem Bläschen und der Lösung abnimmt.
Somit können die oben beschriebenen Ansätze als Versuch klassifiziert werden, die Stabilität der Mikrobläschen zu verstärken, indem ein Stabilisierungsmedium verwendet wird, in dem die Mikrobläschen enthalten sind. Jedoch hat keiner dieser Ansätze die primären physikalischen und chemischen Eigenschaften der Gase angesprochen, die die Verwendung von freien Gas-Mikrobläschen bei der Ultraschalluntersuchung, insbesondere in bezug auf das kardiovaskuläre System, beträchtlich eingeschränkt haben. Keiner dieser Wege schlägt vor, daß eine Auswahl dieser Gase nach präzisen Kriterien die Fähigkeit erhöhen würde, stabile Mikrobläschen mit einer Größe herzustellen, die eine kontrastverstärkende transpulmonäre Ultraschallbilderzeugung ermöglichen würde.
Das Verhalten der Mikrobläschen in Lösung kann mathematisch auf der Grundlage von bestimmten Parametern und Eigenschaften des Gases, aus dem das Bläschen gebildet wird und der Lösung, in dem das Bläschen vorliegt, beschrieben werden. In Abhängigkeit von dem Grad, zu dem die Lösung mit dem Gas, aus dem die Mikrobläschen gebildet werden, gesättigt ist, kann die Lebenszeit der Mikrobläschen berechnet werden. P. S. Epstein, M. S. Plesset, "On the Stability of Gas Bubbles in Liquid-Gas Solutions", The Journal of Chemical Physics, Band 18, n. 11, 1505 (1950). Auf der Basis von Berechnungen wird ersichtlich, daß, wenn die Größe des Bläschens abnimmt, die Oberflächenspannung zwischen dem Bläschen und der umgebenden Lösung zunimmt. Wenn die Oberflächenspannung anwächst, nimmt die Geschwindigkeit, mit der sich das Bläschen in der Lösung auflöst, schnell zu und somit nimmt die Größe des Bläschens immer schneller ab. Somit nimmt die Geschwindigkeit, mit der das Bläschen abnimmt, zu, wenn die Größe des Bläschens abnimmt. Die grundlegende Wirkung ist die, daß eine Menge von kleinen freien Gas-Mikrobläschen, die aus gewöhnlicher Luft zusammengesetzt sind, sich so schnell auflöst, daß die kontrastverstärkende Wirkung extrem kurz ist. Unter Verwendung von bekannten mathematischen Formeln kann man berechnen, daß ein Mikrobläschen aus Luft mit einem Durchmesser von 8 μm (Mikron), welches klein genug ist, um die Lungen zu passieren, sich in Abhängigkeit von dem Sättigungsgrad der umgebenden Lösung zwischen 190 und 550 ms auflösen wird. Unter Bezugnahme auf diese Berechnungen haben medizinische Forscher, die untersucht haben, auf welche Weise die Lungen das Ultraschallkontrastmittel entfernen, die Auflösungszeiten von Sauerstoff- und Stickstoffgas-Mikrobläschen in Menschen- und Hundeblut berechnet, und sie sind zu dem Ergebnis gekommen, daß Kontrastmittel aus freien Gas-Mikrobläschen eine kontrastverstärkende Bilderzeugung der linken Herzkammern aufgrund der extrem kurzen Lebenszeit der Mikrobläschen nicht gewährleisten.
Es wurden die physikalischen Eigenschaften der Systeme, die Gasbläschen oder in flüssigen Lösungen aufgelöste Gase darstellen, im Detail untersucht, einschließlich der Diffusion der gebildeten Luftbläschen in dem kavitierenden Fluß einer Flüssigkeit und der Licht- und Schallstreuung in Wasser durch Gasbläschen.
Die Stabilität von Gasbläschen in einer Flüssigkeits-Gas-Lösung wurde sowohl theoretisch, Epstein P. S. und Plesset M. S., On the Stability of Gas Bubbles in Liquid-Gas Solutions, J. Chem. Phys. 18:1505-1509 (1950) als auch experimentell. Yang WJ., Dynamics of Gas Bubbles in Whole Blood and Plasma, J. Biomech 4:119-125 (1971); Yang WJ., Echigo R., Wotton DR und 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 Dissolution of Gas Bubbles in Whole Blood and Plasma-II. Moving Bubbles or Liquids. J. Biomech 4:283-288 (1971) untersucht. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Flüssigkeit und des Gases bestimmen das kinetische und thermodynamische Verhalten des Systems. Die chemischen Eigenschaften des Systems, die die Stabilität eines Bläschens und somit die Lebenszeit beeinflussen, sind die Geschwindigkeit und das Ausmaß der Reaktionen, die entweder Gasmoleküle verbrauchen, transformieren oder erzeugen.
Zum Beispiel erfolgt eine wohlbekannte Reaktion, die zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit beobachtet wird, wenn Kohlendioxid in Wasser anwesend ist. Wenn sich das Gas in der wäßrigen Lösung auflöst, wird Kohlensäure durch Hydratation des Kohlendioxidgases gebildet. Da das Kohlendioxidgas in Wasser sehr gut löslich ist, diffundiert das Gas schnell in die Lösung und die Bläschengröße verringert sich schnell. Die Anwesenheit der Kohlensäure in der Lösung verändert die Säure-Basen-Chemie der wäßrigen Lösung und, da die chemischen Eigenschaften der Lösung durch die Auflösung des Gases verändert werden, verändert sich die Stabilität der Kohlendioxid-Gasbläschen, wenn die Lösung gesättigt wird. In diesem System hängt die Geschwindigkeit der Auflösung eines Gasbläschens teilweise von der Konzentration des Kohlendioxidgases ab, das schon in der Lösung aufgelöst ist.
Jedoch kann, in Abhängigkeit von dem bestimmten Gas oder der Flüssigkeit, die in dem System anwesend sind, das Gas im wesentlichen in der Flüssigkeit unlöslich sein und die Auflösung eines Gasbläschens wird langsamer sein. In dieser Situation wurde entdeckt, daß es möglich ist, die Bläschenstabilität in einem Gas-Flüssig-System durch Bestimmung von bestimmten physikalischen Parametern des Gases zu berechnen.
Das Kontrastmittel für die Ultraschallbildverstärkung der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
Es wurde entdeckt, daß es möglich ist, chemische Systeme zu identifizieren, bei denen extrem kleine Gasbläschen in einer wäßrigen Lösung nicht reaktiv sind. Indem er sich auf das hier offenbarte Verfahren stützt, kann der Fachmann speziell besondere Gase auf der Basis ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften für die Verwendung bei der Ultraschall-Bilderzeugung auswählen. Diese Gase können verwendet werden, um kontrastverstärkende Medien zu erzeugen, die der Gegenstand dieser Erfindung sind. Die Mikrobläschen können unter Verwendung von bestimmten existierenden Techniken, die gewöhnliche Luft verwenden, hergestellt werden, und können wie bei einer konventionellen Ultraschalluntersuchung durch Infusion verabreicht werden.
Das Verfahren erfordert Berechnungen, die mit den hierin zur Verfügung gestellten Gleichungen konsistent sind, die auf intrinsischen physikalischen Eigenschaften ei nes Gases und einer Flüssigkeit basieren. Es werden in den Gleichungen, die unten offenbart sind, insbesondere die Dichte eines Gases, die Löslichkeit eines Gases in Lösung und die Diffusivität eines Gases in Lösung, welche ihrerseits von dem molaren Volumen des Gases und der Viskosität der Lösung abhängig ist, verwendet. So können durch das hier offenbarte Verfahren die physikalischen Eigenschaften eines vorgegebenen Gas-Flüssigkeits-Systems berechnet werden, es kann die Geschwindigkeit und das Ausmaß des Zusammenfallens der Blasen berechnet werden, und es können aufgrund dieser Berechnungen Gase, die wirksame kontrastverstärkende Mittel bilden, ausgewählt werden. Unter Verwendung von existierenden Techniken können dann wesentlich verbesserte kontrastverstärkende Medien hergestellt werden und verwendet werden, um die Qualität und die Brauchbarkeit der Ultraschallbilderzeugung zu verbessern.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Um diese Erfindung zu verstehen, ist es nützlich, die mathematischen Beziehungen abzuleiten, die die Parameter eines Gas-Flüssigkeits-Systems und die Auswirkung auf die Bläschenstabilität beschreiben, die eintritt, wenn ein Wert für einen oder mehrere dieser Parameter verändert wird. Es wird angenommen, daß bei einer Anfangszeit T₀ ein sphärisches Gasbläschen eines Gases X mit einem Radius R₀ in eine Lösung gegeben wird, in der die Anfangskonzentration des Gases X, das in der Lösung aufgelöst ist, gleich Null ist. Das Bläschen des Gases X wird sich über eine gewisse Zeitperiode in dem Lösemittel auflösen, wobei zu diesem Zeitpunkt der Radius gleich Null wird. Es wird weiter angenommen, daß sich die Lösung bei einer konstanten Temperatur und einem konstanten Druck befindet, und daß die Konzentration des aufgelösten Gases für eine mit dem besonderen Gas gesättigte Lösung als C_S bezeichnet wird. Somit ist bei T₀ die Konzentration des Gases in der Lösung Null, was bedeutet, daß sich das Gas noch nicht aufgelöst hat und daß das gesamte Gas, das vorhanden ist, noch innerhalb des Bläschens mit dem Radius R₀ enthalten ist.
Mit fortlaufender Zeit wird aufgrund der Konzentrationsdifferenz zwischen dem Gas in dem Bläschen und dem Gas in der Lösung, das Bläschen dazu tendieren, zu schrumpfen, da sich Gas aus dem Bläschen durch den Prozeß der Diffusion in der Flüssigkeit auflöst. Die Änderung des Bläschenradius von seinem Ursprungsradius von R₀ zu, nach einem gewissen Zeitverlauf, einem kleineren Radius R wird durch die Gleichung (1) ausgedrückt,
worin R der Bläschenradius bei der Zeit T ist, D der Diffusivitätskoeffizient des besonderen Gases in der Flüssigkeit ist und ρ die Dichte des besonderen Gases ist, aus dem das Bläschen besteht.
Daraus folgt, daß die Zeit T, die notwendig ist, daß sich ein Bläschen vollständig löst, aus der Gleichung (1) bestimmt werden kann, indem R/R₀ = 0 gesetzt wird und nach T aufgelöst wird:
Dieses Ergebnis zeigt qualitativ an, daß die Bläschenstabilität und somit die Lebensspanne vergrößert wird, wenn man die Anfangsbläschengröße R₀ erhöht oder wenn man ein Gas mit höherer Dichte ρ, geringerer Löslichkeit C_S in der flüssigen Phase oder mit einem geringeren Diffusivitätskoeffizienten D auswählt.
Die Diffusivität D eines Gases in einer Flüssigkeit ist von dem molaren Volumen des Gases (Vm) abhängig, und die Viskosität der Lösung (η) wird durch eine bekannte Gleichung ausgedrückt: D = 13,26 × 10–5·η–1,14·Vm –0,589 (Gleichung 3)
Indem man den Ausdruck für D in der Gleichung (3) in die Gleichung (2) substituiert, wird deutlich, daß die Bläschenstabilität vergrößert wird, wenn man Gase mit größe rem molaren Volumen Vm verwendet, die dazu neigen, ein höheres Molekulargewicht zu besitzen, und wenn man Flüssigkeiten mit höherer Viskosität verwendet.
Beispielsweise kann ein Vergleich der Stabilität von Luft-Mikrobläschen und Mikrobläschen, die aus Gasen zusammengesetzt sind, die speziell ausgewählt wurden, durch das hier offenbarte Verfahren angestellt werden. Nimmt man den Wert von D für Luft in Wasser bei 22°C als 2 × 10^–5 cm²/s und das Verhältnis C_S/ρ = 0,02 (Epstein und Plesset, s.o.), erhält man die folgenden Daten für die Zeit t für die vollständige Auflösung von Luftbläschen in Wasser (mit Luft ungesättigt): Tabelle I

Anfänglicher Blasendurchmesser μm (Mikron) Zeit, ms

12 450

10 313

8 200

6 113

5 78

4 50

3 28

2 13

1 3
Wenn die Blutdurchgangszeit von den Lungenkapillaren zu der linken Herzkammer 2 s oder mehr beträgt (Hamilton, W. F. Editor, Handbook of Physiology, Band 2, Sektion 2, CIRCULATION. American Physiology Society, Washington D.C., S. 709, (1963)) und berücksichtigt wird, daß nur Mikrobläschen von etwa 8 μm (Mikron) oder weniger klein genug sind, um die Lungen zu passieren, ist es offensichtlich, daß keine dieser Bläschen eine Lebensdauer in Lösung aufweist, die lang genug ist, um sie zu geeigneten Kontrastmitteln für die kontrastverstärkende Bilderzeugung beim Ultraschall der linken Herzkammer zu machen.
Das Verfahren ermöglicht die Identifizierung von potentiell geeigneten Gasen, indem die Eigenschaften von irgendeinem bestimmten Gas, das als Gas X in der folgenden Beschreibung bezeichnet wird, mit Luft verglichen werden. Unter Verwendung der Gleichungen (2) und (3) oben kann für ein bestimmtes Gas X ein Koeffizient Q formuliert werden, der die Stabilität der Mikrobläschen, die aus dem Gas X in einer gegebenen Flüssigkeit zusammengesetzt sind, beschreibt. Der Wert des Q-Koeffizienten, der durch dieses Verfahren für ein bestimmtes Gas X bestimmt wird, kann auch verwendet werden, um die Nützlichkeit des Gases X als Ultraschallkon trast-verstärkendes Mittel zu bestimmen, wenn es mit gewöhnlicher Luft verglichen wird.
Aus der Gleichung (2) oben kann eine Gleichung abgeleitet werden, die die Zeit für die vollständige Auflösung eines Bläschens des Gases X im Vergleich zu einem Bläschen gleicher Größe aus gewöhnlicher Luft unter identischen Bedingungen der Temperatur und der Viskosität der Lösung, die auf den physikalischen Eigenschaften des Gases X und der Luft basiert:
oder, wenn D für das Gas X bekannt ist,
Um diese Gleichung so zu formulieren, so daß der Wert Q erhalten werden kann, um einen Vergleich des Gases X mit Luft zu ermöglichen, kann die obige Gleichung umgestellt werden:
Nimmt man für Vergleichszwecke eine Lösung aus Wasser bei 22°C an, wobei die Dichte, die Diffusivität und die Löslichkeit von Luft in der Lösung bekannte Größen sind, die in die obige Gleichung substituiert werden können, ergibt sich:
Unter Substitution von Gleichung (3) in die obige Gleichung für Gase, deren Diffusivität D_X nicht ohne weiteres bekannt ist, und unter der Annahme, daß der Viskositätsterm η unten für Wasser bei 22°C etwa gleich 1.0 cP beträgt, erhält man Gleichung (8):
Somit ermöglicht dieses Verfahren, wenn man die Dichte, die Löslichkeit und das molare Volumen eines Gases kennt, die Berechnung des Wertes des Q-Koeffizienten.
Wenn Q geringer als 1 ist, werden die Mikrobläschen des Gases X in einem gegebenen Lösemittel weniger stabil sein als die Mikrobläschen von Luft. Wenn Q größer als 1 ist, sind die Mikrobläschen, die von dem Gas X gebildet werden, stabiler als die Mikrobläschen aus Luft und werden in Lösung länger als Luftbläschen überleben. Sind alle anderen Eigenschaften für eine gegebene Mikrobläschengröße die gleichen, ist die Zeit für die vollständige Auflösung eines Mikrobläschens des Gases X gleich der Zeit für die vollständige Auflösung eines Mikrobläschens von gewöhnlicher Luft multipliziert mit dem Q-Koeffizienten. Z.B. wird, wenn der Q-Koeffizient für das Gas X 10 000 beträgt, ein Mikrobläschen des Gases X in der Lösung 10 000-mal länger als ein Mikrobläschen aus Luft überleben. Es kann für irgendein Gas in irgendeiner Lösung der Q-Wert bestimmt werden, wenn man annimmt, daß die hier identifizierten Größen bekannt sind oder berechnet werden können.
Es können verschiedene Verfahren zur Bestimmung oder zum Abschätzen der Werte für die individuellen Parameter der Dichte, der Diffusivität und der Löslichkeit in Abhängigkeit von der chemischen Struktur des Gases benötigt werden. Die Werte für diese Parameter können oder können nicht aus bekannten wissenschaftlichen Literaturquellen wie das Gas Encyclopedia oder Tabellen, die von der American Chemical Society veröffentlicht sind, erhältlich sein. Werte für die Dichte der meisten Gase sind leicht aus Quellen wie aus dem Handbook of Chemistry and Physics, CRC-Press, 72d Ed. (1991-92) erhältlich. Zusätzlich wurde die Löslichkeit in Wasser und das molare Volumen von einigen Gasen genau gemessen. Jedoch müssen in manchen Fällen Berechnungen für die numerischen Werte für das molare Volumen und die Löslichkeit berechnet oder geschätzt werden, um die Daten zu liefern, um den Wert des Q-Koeffizienten für ein individuelles Gas durch das oben beschriebene Verfahren zu bestimmen. Ein Beispiel für die Berechnung der Q-Werte für eine bevorzugte Auswahl an Gasen veranschaulicht, wie das Verfahren auf individuelle Gase angewendet werden kann.
Viele fluorhaltige Gase zeigen im allgemeinen eine extrem geringe Löslichkeit in Wasser und weisen relativ hohe Molekulargewichte, hohe molare Volumina und hohe Dichten auf. Um den Q-Wert für verschiedene Gase zu bestimmen, werden die Löslichkeit, das molare Volumen und die Dichte der individuellen Gase bestimmt und die Werte in die Gleichungen (7) oder (8) oben substituiert.
Bestimmung der Gaslöslichkeit für Fluorkohlenstoffe
Dieses Verfahren zum Abschätzen der Gaslöslichkeit von Fluorkohlenstoffen verwendet die Extrapolation der experimentellen Daten von Kabalnov AS, Makarov KN und Scherbakova OV. "Solubility of Fluorocarbons in Water as a Key Parameter Determining Fluorocarbon Emulsion Stability", J. Fluor. Chem. 50, 271-284 (1990). Die Gaslöslichkeit dieser Fluorkohlenstoffe wird in bezug auf Perfluor-n-pentan bestimmt, das eine Wasserlöslichkeit von 4,0 × 10^–6 mol/l aufweist. Für eine homologe Reihe unverzweigter Fluorkohlenstoffe kann die Gaslöslichkeit abgeschätzt werden, indem man diesen Wert durch einen Faktor von etwa 8,0 für jede Erhöhung oder Verminderung der Zahl zusätzlicher -CF₂-Gruppen, die in dem Molekül vorhanden sind, erhöht oder erniedrigt.
Bestimmung des molaren Volumens
Das molare Volumen (Vm) wird anhand den Daten von Bondi A., "Van der Waals Volumes and Radii", J. Phys. Chem., 68, 441-451 (1964) berechnet. Das molare Volumen eines Gases kann berechnet werden, indem man die Anzahl und die Art der Atome, die das Molekül des fraglichen Gases bilden, identifiziert. Indem man die Anzahl und die Art der Atome, die in dem Molekül vorhanden sind, und die Art, wie die individuellen Atome aneinander gebunden sind, bestimmt, können bekannte Werte für das molekulare Volumen auf die individuellen Atome angewendet werden. Indem man den Beitrag jedes individuellen Atoms und die Häufigkeit seines Auftretens berücksichtigt, kann man das gesamte molare Volumen für ein bestimmtes Gasmolekül berechnen. Diese Berechnung wird am besten anhand eines Beispiels demonstriert.
Es ist bekannt, daß ein Kohlenstoff-Molekül in einer Alkan-Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung ein molares Volumen von 3,3 cm³/mol aufweist, ein Kohlenstoffatom in einer Alken-Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung ein molares Volumen von 10,0 cm³/mol aufweist, und wenn mehrere Fluoratome an einen Alkankohlenstoff gebunden sind, ein Fluoratom ein molares Volumen von 6,0 cm³/mol aufweist.
Untersucht man Octafluorpropan, so enthält dieses Molekül drei Kohlenstoffatome in Alkan-Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen (3 Atome mit 3,3 cm³/mol) und 6 Fluoratome, die an Alkankohlenstoffe gebunden sind (6 Atome mit 6,0 cm³/mol), so daß Octafluorpropan ein molares Volumen von 58 cm³/mol aufweist.
Wenn die Dichte, das molare Volumen und die Löslichkeit bestimmt worden sind, wird der Q-Wert unter Verwendung der Gleichung 8 oben berechnet.

Die folgende Tabelle listet die Q-Werte für eine Anzahl von Gasen auf, die auf den detaillierten obigen Berechnungen basieren. Tabelle II

Gas	Dichte kg/m³	Löslichkeit μmol/l	Molares Volumen cm³/mol	Q
Argon	1,78	1 500	17,9	20
n-Butan	2,05	6 696	116	5
Kohlendioxid	1,98	33 000	19,7	1
Decafluorbutan	11,21	32	73	13 154
Dodecafluorpentan	12,86	4	183	207 437
Ethan	1,05	2 900	67	13
Ethylether	2,55	977 058	103	0,1
Helium	0,18	388	8	5
Hexafluorobutan-1,3-dien	9 (*)	2 000	56	145
Hexafluor-2-butin	9 (*)	2 000	58	148
Hexafluorethan	8,86	2 100	43	116
Hexafluorpropan	10,3	260	58	1 299
Krypton	3,8	2 067	35	44
Neon	0,90	434	17	33
Stickstoff	##	##	##	1
Octafluor-2-buten	10 (*)	220	65	1 594
Octafluorcyclobutan	9,97	220	61	1 531
Octafluorpropan	10,3	260	58	1 299
Pentan	2	1 674	113	58
Propan	2,02	2 902	90	30
Schwefelhexafluorid	5,48	220	47	722
Xenon	5,90	3 448	18	28

* Diese Dichtewerte werden aus der bekannten Dichte von homologen Fluorkohlenstoffen berechnet.
## Es wurden der Wert des Löslichkeits/Dichte-Verhältnisses von 0,02 (s.o.) und die Diffusivität von 2 × 10^–5 cm²s^–1, die oben angegeben ist, in der Gleichung 7 für diese Q-Wert-Bestimmung verwendet.

Wenn der Q-Wert bestimmt worden ist, kann die Brauchbarkeit eines individuellen Gases als ein kontrastverstärkendes Mittel für den Ultraschall analysiert werden, indem die Lebensspanne einer Anzahl von Mikrobläschen, die aus dem fraglichen Gas bestehen, für unterschiedliche Größen, so wie es für Luft in Tabelle I oben durchgeführt wurde, bestimmt wird. Unter Verwendung des Wertes von Q für Decafluorbutan und der Untersuchung der Zeit, die für verschiedene Bläschengrößen notwendig ist, sich in Wasser aufzulösen, erhält man die Werte in Tabelle III unten, indem man jeden der Zeitwerte in Tabelle I mit dem Q-Wert für Decafluorbutan multipliziert: Tabelle III

Anfänglicher Bläschendurchmesser μm (Mikron) Zeit min

12 99

10 69

8 44

6 25

5 17

4 11

3 6,1

2 2,9

1 0,7
Es ist zu beachten, daß die Zeitskala in der Tabelle III Minuten beträgt, im Vergleich zu den Millisekunden, wie es für Luft der Fall war. Alle Decafluorbutan-Bläschen, auch wenn sie so klein wie 1 μm (Mikron) sind, können peripher injiziert werden und werden sich in Lösung während den etwa 10 s, die nötig sind, um die linke Herzkammer zu erreichen, nicht auflösen. Es können ähnliche Berechnungen für ein Gas mit irgendeinem Q-Koeffizienten durchgeführt werden. Geringfügig größere Bläschen sind in der Lage, die Lungen zu passieren und überleben sogar lang genug, um sowohl eine Untersuchung der Myokardperfusion als auch eine dynamische abdominale Organ-Bilderzeugung zu ermöglichen. Darüber hinaus weist Decafluorbutan, wie viele der Gase, die durch dieses Verfahren identifiziert worden sind, bei kleinen Dosierungen eine geringe Toxizität auf, und würde somit beträchtliche Vorteile als ein kontrastverstärkendes Mittel bei der konventionellen Ultraschalldiagnose bieten.
Die manuelle Herstellung einer Mikrobläschen-Suspension kann durch verschiedene Methoden durchgeführt werden. US-A-4 832 941 betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Suspension aus Mikrobläschen mit einem Durchmesser von weniger als 7 μm (Mikron), die hergestellt wird, indem eine Flüssigkeit durch eine Gasmenge unter Verwendung eines Dreiwegehahns gesprüht wird. Obwohl die Techniken in der Praxis variieren können, ist der Dreiwegehahn ein bevorzugtes Verfahren, um manuell eine Menge eines Gases mit hohem Q-Koeffizienten zu suspendieren um die kontrastverstärkenden Medien, die hier beschrieben sind, herzustellen.
Die allgemeinen Techniken zur Verwendung einer Dreiwegehahn-Vorrichtung sind im Zusammenhang mit der Herstellung des gewöhnlichen Freund'schen Adjuvans zur Immunisierung von Forschungstieren bekannt. Typischerweise weist ein Dreiwegehahn ein Paar Spritzen auf, die beide mit einer Kammer verbunden sind. Die Kammer weist einen Auslaß auf, aus dem die Suspension gesammelt werden kann oder direkt durch Infusion verabreicht werden kann.
Die Techniken zur Verwendung des Dreiwegehahns können von dem, was in US-A-4 832 941 beschrieben ist, abweichen, da verschiedene Gase in diesem Verfahren verwendet werden. Z.B. kann es bei der Verwendung eines der Gase mit hohem Q-Koeffizienten, das hier offenbart ist, wirksamer sein, wenn das System mit gewöhnlicher Luft gespült wird, oder wenn es mit einem anderen Gas geflutet wird, bevor die Mikrobläschen-Suspension hergestellt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine 40-50 % Sorbit (D-Glucit)-Lösung mit etwa 1 bis 10 Vol.-% eines Gases mit einem hohen Q- Koeffizienten vermischt, wobei etwa 5% Gas einen optimalen Wert darstellen. Sorbit ist eine kommerziell erhältliche Verbindung, die, wenn sie in eine wäßrige Lösung gemischt wird, die Viskosität der Lösung beträchtlich erhöht. Lösungen mit höherer Viskosität verlängern, wie aus Gleichung 3 oben ersichtlich ist, das Leben eines Mikrobläschens in Lösung. Eine 40-50%ige Sorbit-Lösung wird bevorzugt als eine Bolus-Injektion verabreicht; d.h. so intakt wie möglich, ohne einen tolerablen Injektionsdruck zu überschreiten. Um die Suspension aus Mikrobläschen herzustellen, wird eine Menge des ausgewählten Gases in einer Spritze gesammelt. In der gleichen Spritze kann ein Volumen der Sorbit-Lösung enthalten sein. Eine Menge der Sorbit-Lösung wird in die andere Spritze gesaugt, so daß die Summe der beiden Volumina den genauen Prozentsatz des Gases ergibt, bezogen auf das prozentuale Volumen der gewünschten Mikrobläschen. Unter Verwendung der beiden Spritzen, wobei jede eine sehr kleine Öffnung aufweist, wird die Flüssigkeit in die Gasatmosphäre etwa 25-mal oder so oft wie notwendig gesprüht, um eine Suspension aus Mikrobläschen zu bilden, deren Größenverteilung für die hier beschriebenen Zwecke akzeptabel ist. Diese Technik kann natürlich auf irgendeine Weise leicht variieren, was die Ausführung der entstandenen Suspension aus Mikrobläschen mit gewünschter Größe in einer gewünschten Konzentration betrifft. Die Mikrobläschengröße kann entweder visuell oder elektronisch unter Verwendung eines Coulter Counters (Coulter Electronics) durch ein bekanntes Verfahren überprüft werden, Butler, B. D., "Production of Microbubble for Use as Echo Contrast Agents", J. Clin. Ultrasound, V. 14, 408 (1986).
Beispiele
Beispiel 1
Es wurde ein Ultraschallkontrastmittel unter Verwendung von Decafluorbutan als das Mikrobläschen-bildende Gas hergestellt. Es wurde eine Lösung hergestellt, die enthält:

Sorbit 20,0 g

NaCl 0,9 g

Sojabohnenöl 6,0 ml

Tween^®20 0,5 ml

Wasser, bis auf 100,0 ml
Es wurde eine seifige klare gelbe Lösung unter Rühren erhalten. Ein 10 ml Aliquot dieser Lösung wurde in eine 10 ml-Glasspritze gegeben. Die Spritze wurde dann an einen Dreiwegehahn angeschlossen. Eine zweite 10 ml Spritze wurde mit dem Hahn verbunden und 1,0 cm³ Decafluorbutan (PCR, Inc., Gainesville, FL) wurden in die leere Spritze gegeben. Das Hahnventil wurde zu der die Lösung enthaltende Spritze geöffnet und die Flüssig- und Gasphasen wurden schnell 20- bis 30-mal vermischt. Es wurde eine resultierende milchigweiße, leicht viskose Lösung erhalten.
Beispiel 2
Die in Beispiel 1 erhaltene Gasemulsion wurde mit Wasser verdünnt (1:10 bis 1:1000), in ein Hämozytometer gegeben und unter dem Mikroskop unter Verwendung eines Olimmersions-Objektivs untersucht. Die Emulsion bestand hauptsächlich aus Bläschen mit der Größe von 2 bis 5 μm (Mikron). Die Dichte betrug 50-100 Millionen Mikrobläschen pro ml der originalen unverdünnten Formulierung.
Beispiel 3
Die Formulierung von Beispiel 1 wurde hergestellt, und bei einem Hundemodell wurde eine Echokardiographie durchgeführt. Ein 17,5 kg schwerer Bastardhund wurde mit Isofluran anästhesiert und es wurden Monitore angebracht, um das EKG, den Blutdruck, die Herzgeschwindigkeit und die arteriellen Blutgase gemäß den Verfahren von 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), zu messen.
Die Ergebnisse der Sicherheitsbewertung sind die folgenden:
Alle Veränderungen waren kurzzeitig und kehrten typischerweise innerhalb von 3 bis 6 min zu Grundlinienwerten zurück. Die Sicherheitsdaten oben zeigen minimale Änderungen bei dem gemessenen hämodynamischen Parameter. Alle Dosierungen versorgten sowohl die rechte wie die linke Herzkammer mit der Kontrastfüllung. Die Intensität stieg mit der zunehmenden Dosis an.
Beispiel 4
Die obigen spezifischen Bestimmungen zur Brauchbarkeit eines bestimmten Gases zur Verwendung als ein Ultraschallmittel können angenähert werden, wenn das Molekulargewicht eines besonderen Gases bekannt ist, sie können berechnet werden oder sie können gemessen werden. Diese Annäherung basiert auf der Feststellung, daß eine lineare Beziehung zwischen dem Logarithmus des Q-Wertes und des Molekulargewichtes eines Gases besteht, wie es in der Figur unten gezeigt ist.
Bezogen auf diese Figur können die folgenden Richtgrößen verwendet werden, um einen Q-Wert abzuschätzen:

Molekulargewicht Geschätzter Q-Wert

<35 <5

35-70 5-20

71-100 21-80

101-170 81-1000

171-220 1001-10 000

221-270 10 001-100 000

>270 >100 000

Die folgende Tabelle enthält eine Reihe von Gasen mit relevanten Daten zum Molekulargewicht und zum geschätzten Q-Wert. Je höher der Q-Wert ist, umso vielversprechender ist das bestimmte Gas. Insbesondere vielversprechend sind Gase mit Q-Werten über 5. Zusätzliche Punkte einschließlich der Kosten und Toxizität sollten im Zusammensetzung mit der Langlebigkeit der abgeleiteten Mikrobläschen (wie ü ber den Q-Wert abgeschätzt) bei der Bestimmung der Brauchbarkeit von irgendeinem besonderen Gas als ein Ultraschallkontrastmittel berücksichtigt werden. Tabelle IV

Chemischer Name	Molekulargewicht	Geschätzter Q-Wert
Hexafluoraceton	166,02	81-1000
Isopropylacetylen	68	5-20
Luft	28,4	<5
Allen	40,06	5-20
Tetrafluorallen	112,03	81-1000
Argon	39,98	5-20
Bordimethylmethoxy	71,19	21-80
Bortrimethyl	55,91	5-20
Borfluoriddihydrat	103,84	81-1000
1,2-Butadien	54,09	5-20
1,3-Butadien	54,09	5-20
1,2,3,-Trichlor-1,3-butadien	157,43	81-1000
2-Fluor-1,3-butadien	72,08	21-80
2-Methyl-1,3-butadien	68,12	5-20
Hexafluor-1,3-butadien	162,03	81-1000
Diacetylen	50,06	5-20
n-Butan	58,12	5-20
1-Fluorbutan	76,11	21-80
2-Methylbutan	72,15	21-80
Decafluorbutan	238,03	10 001-100 000
1-Buten	56,11	5-20
2-cis-Buten	56,11	5-20
2-trans-Buten	56,11	5-20

Tabelle IV (Fortsetzung)

Chemischer Name	Molekulargewicht	Geschätzter Q-Wert
2-Methyl-1-buten	70,13	5-20
3-Methyl-1-buten	70,13	5-20
3-Methyl-2-buten	68	5-20
Perfluor-1-buten	200,03	1001-10 000
Perfluor-2-buten	200,03	1001-10 000
4-Phenyl-trans-3-buten-2-on	146,19	81-1000
2-Methyl-1-buten-3-yn	66,1	5-20
Butylnitrit	103,12	81-100
1-Butin	54,09	5-20
2-Butin	54,09	5-20
2-Chlor-1,1,1,4,4,4-hexafluorbutin	199	1001-10 000
3-Methyl-1-butin	68,12	5-20
Perfluor-2-butin	162,03	81-1000
2-Brombutyraldehyd	151	81-1000
Kohlendioxid	44,01	5-20
Carbonylsulfid	60,08	5-20
Crotonnitril	67,09	5-20
Cyclobutan	56,11	5-20
Methylcyclobutan	70,13	5-20
Octafluorcyclobutan	200,03	1001-100 000
Perfluorcyclobuten	162,03	81-1000
3-Chlorcyclopenten	102,56	81-1000
Cyclopropan	42,08	5-20

Tabelle IV (Fortsetzung)

Chemischer Name	Molekulargewicht	Geschätzter Q-Wert
1,2-Dimethyl-trans-dl-cyclopropan	70,13	5-20
1,1-Dimethylcyclopropan	70,13	5-20
1,2-Dimethyl-(cis)-cyclopropan	70,13	5-20
1,2-Dimethyl-(trans,l)-cyclopropan	70,13	5-20
Ethylcyclopropan	70,13	5-20
Methylcyclopropan	56,11	5-20
Deuterium	4,02	<5
Diacetylen	50,08	5-20
3-Ethyl-3-methyldiaziridin	86,14	21-80
1,1,1-Trifluordiazoethan	110,04	81-1000
Dimethylamin	45,08	5-20
Hexafluordimethylamin	153,03	81-1000
Hexafluordimethyldisulfid	202,13	1001-10 000
Dimethylethylamin	73,14	21-80
Bis-(dimethylphosphino)amin	137,1	81-1000
2,3-Dimethyl-2-norbornan	140,23	81-1000
Perfluordimethylamin	171,02	1001-10 000
Dimethyloxoniumchlorid	82,53	21-80
4-Methyl-1,3-dioxolan-2-on	102,09	81-1000
Ethan	30,07	<5
1,1,1,2-Tetrafluorethan	102,03	81-1000
1,1,1-Trifluorethan	84,04	21-80
1,1,2,2-Tetrafluorethan	102,03	81-1000

Tabelle IV (Fortsetzung)

Chemischer Name	Molekulargewicht	Geschätzter Q-Wert
1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluorethan	187,38	1001-10 000
1,1-Dichlorethan	98	21-80
1,1-Dichlor-1,2,2,2-tetrafluorethan	170,92	1001-10 000
1,1-Dichlor-1-fluorethan	116,95	81-1000
1,1-Difluorethan	66,05	5-20
1,2-Dichlor-1,1,2,2-tetrafluorethan	170,92	1001-10 000
1,2-Difluorethan	66,05	5-20
1-Chlor-1,1,2,2,2-pentafluorethan	154,47	81-1000
1-Chlor-1,1,2,2-tetrafluorethan	136,48	81-1000
2-Chlor-1,1-difluorethan	100	21-80
2-Chlor-1,1,1,-trifluorethan	118,49	81-1000
Chlorethan	64,51	5-20
Chlorpentafluorethan	154,47	81-1000
Dichlortrifluorethan	152	81-1000
Fluorethan	48,06	5-20
Hexafluorethan	138,01	81-1000
Nitro-pentafluorethan	165,02	81-1000
Nitroso-pentafluorethan	149,02	81-1000
Perfluorethan	138,01	81-1000
Perfluorethylamin	171,02	1001-100 000
Ethylether	74,12	21-80
Ethylmethylether	60,1	5-20
Ethylvinylether	72,11	21-80

Tabelle IV (Fortsetzung)

Chemischer Name	Molekulargewicht	Geschätzter Q-Wert
Ethylen	28,05	<5
1,1-Dichlorethylen	96,94	21-80
1,1-Dichlor-2-fluorethylen	114,93	81-1000
1,2-Dichlor-1,2-difluorethylen	132,92	81-1000
1,2-Difluorethylen	64	5-20
1-Chlor-1,2,2-trifluorethylen	116,47	81-1000
Chlortrifluorethylen	116,47	81-1000
Dichlordifluorethylen	132,92	81-1000
Tetrafluorethylen	100,02	21-80
Fulven	78,11	21-80
Helium	4	<5
1,5-Heptadiin	92,14	21-80
Wasserstoff (H₂)	2,02	<5
Isobutan	58,12	5-20
1,2-Epoxy-3-chlorisobutan	106,55	81-1000
Isobutylen	56,11	5-20
Isopren	68,12	5-20
Krypton	83,8	21-80
Methan	16,04	<5
Trifluormethansulfonylchlorid	168,52	81-1000
Trifluormethansulfonylfluorid	152,06	81-1000
(Pentafluorthio)trifluormethan	196,06	1001-10 000
Bromdifluornitrosomethan	159,92	81-1000

Tabelle IV (Fortsetzung)

Chemischer Name	Molekulargewicht	Geschätzter Q-Wert
Bromfluormethan	112,93	81-1000
Bromchlorfluormethan	147,37	81-1000
Bromtrifluormethan	148,91	81-1000
Chlordifluornitromethan	131,47	81-1000
Chlordinitromethan	140,48	81-1000
Chlorfluormethan	68,48	5-20
Chlortrifluormethan	104,46	81-1000
Chlordifluormethan	86,47	21-80
Dibromdifluormethan	209,82	1001-10 000
Dichlordifluormethan	120,91	81-1000
Dichlorfluormethan	102,92	81-1000
Difluormethan	52,02	5-20
Difluoriodmethan	177,92	1001-10 000
Disilanomethan	76,25	21-80
Fluormethan	34,03	<5
Iodmethan	141,94	81-1000
Iodtrifluormethan	195,91	1001-10 000
Nitrotrifluormethan	115,01	81-1000
Nitrosotrifluormethan	99,01	21-80
Tetrafluormethan	88	21-80
Trichlorfluormethan	137,37	81-1000
Trifluormethan	70,01	5-20
Trifluormethansulfenylchlorid	136,52	81-1000

Tabelle IV (Fortsetzung)

Chemischer Name	Molekulargewicht	Geschätzter Q-Wert
2-Methylbutan	72,15	21-80
Methylether	46,07	5-20
Methylisopropylether	74,12	21-80
Methylnitrit	61,04	5-20
Methylsulfid	62,13	5-20
Methylvinylether	58,08	5-20
Neon	20,18	<5
Neopentan	72,15	21-80
Stickstoff (N₂)	28,01	<5
Stickoxid	44,01	5-20
2-Hydroxytrimethylester-1,2,3-nonadecantricarbonsäure	500,72	>100 000
1-Nonen-3-in	122,21	81-1000
Sauerstoff (O₂)	32	<5
1,4-Pentadien	68,12	5-20
n-Pentan	72,15	21-80
Perfluorpentan	288,04	>100 000
4-Amino-4-methyl-2-pentanon	115,18	81-1000
1-Penten	70,13	5-20
2-cis-Penten	70,13	5-20
2-trans-Penten	70,13	5-20
3-Brom-1-penten	149,03	81-1000
Perfluor-1-penten	250,04	10 001-100 000

Tabelle IV (Fortsetzung)

Chemischer Name	Molekulargewicht	Geschätzter Q-Wert
Tetrachlorphthalsäure	303,91	>100 000
2,3,6-Trimethylpiperidin	127,23	81-1000
Propan	44,1	5-20
1,1,1,2,2,3-Hexafluorpropan	152,04	81-1000
1,2-Epoxypropan	58,08	5-20
2,2-Difluorpropan	80,08	21-80
2-Aminopropan	59,11	5-20
2-Chlorpropan	78,54	21-80
Heptafluor-1-nitropropan	215,03	1001-10 000
Heptafluor-1-nitrosopropan	199,03	1001-10 000
Perfluorpropan	188,02	1001-10 000
Propen	42,08	5-20
1,1,1,2,3,3-Hexafluor-2,3-dichlorpropyl	221	10 001-100 000
1-Chlorpropylen	76,53	21-80
1-Chlor-(trans)-propylen	76,53	5-20
2-Chlorpropylen	76,53	5-20
3-Fluorpropylen	60,07	5-20
Perfluorpropylen	150,02	81-1000
Propyn	40,06	5-20
3,3,3-Trifluorpropyn	94,04	21,80
3-Fluorstyrol	122,14	81-1000
Schwefelhexafluorid	146,05	81-1000

Tabelle IV (Fortsetzung)

Chemischer Name	Molekulargewicht	Geschätzter Q-Wert
Decafluordischwefel (S₂F₁₀)	298	>100 000
2,4-Diaminotoluol	122,17	81-1000
Trifluoracetonitril	95,02	21-80
Trifluormethylperoxid	170,01	81-1000
Trifluormethylsulfid	170,07	81-1000
Wolframhexafluorid	298	>100 000
Vinylacetylen	52,08	5-20
Vinylether	70	5-20
Xenon	131,29	81-1000

Claims

Kontrastmedien zur Ultraschallbild-Verstärkung, umfassend Mikrobläschen eines biokompatiblen Gases in einem biokompatiblen wässrigen flüssigen Träger, wobei das Gas ausgewählt ist aus Octafluoropropan und Decafluorobutan, wobei die Mikrobläschen einen Durchmesser von weniger als 8 μm besitzen.
Kontrastmedien nach Anspruch 1, umfassend eine wässrige Lösung von Sorbit als Viskostitäts-verstärkendes Mittel.