專利名稱：腫瘤的聲動(dòng)力學(xué)成像方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)和醫(yī)療器械。更詳細(xì)地是一種利用對(duì)生物體無(wú)害的弱超聲敏化腫瘤組織內(nèi)的聲敏劑，產(chǎn)生聲動(dòng)力學(xué)內(nèi)源性發(fā)光，并利用此內(nèi)源性發(fā)光進(jìn)行腫瘤組織的無(wú)損傷成像的方法。
本發(fā)明還涉及實(shí)現(xiàn)上述方法所用的裝置。
背景技術(shù)：
醫(yī)學(xué)上惡性腫瘤的診斷必須依賴于臨床診斷、儀器診斷(如CT、MRI等)、實(shí)驗(yàn)室(腫瘤標(biāo)志物、基因檢測(cè)等)和病理診斷的綜合應(yīng)用，而不能通過(guò)某種單一的手段做出正確的判斷，診斷成本極高，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)早期腫瘤診斷。
生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)成像技術(shù)具有對(duì)人體無(wú)損傷、分辨率高、能做到功能成像等優(yōu)點(diǎn)，而不足之處是穿透深度較小、生物自體熒光干擾較強(qiáng)。另一方面超聲在體內(nèi)穿透性能非常好，但目前基于超聲的成像技術(shù)(如B超)只能做到界面反射成像，且分辨率較低。對(duì)于腫瘤組織的光學(xué)成像，一般采用激光誘導(dǎo)的藥物熒光成像方法，由于其使用波長(zhǎng)較短的激發(fā)光源，因此產(chǎn)生無(wú)法克服的組織自體熒光干擾、穿透深度小等問(wèn)題，此外利用此方法時(shí)將會(huì)不可避免地產(chǎn)生皮膚光毒性副作用，對(duì)患者損傷較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種腫瘤的聲動(dòng)力學(xué)成像方法，結(jié)合超聲對(duì)機(jī)體具有較強(qiáng)的穿透能力及光學(xué)成像具有高分辨、無(wú)損傷的優(yōu)點(diǎn)，不會(huì)對(duì)生物體產(chǎn)生放射性損傷。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種腫瘤的聲動(dòng)力學(xué)成像裝置。
本發(fā)明利用聲敏劑選擇性地在腫瘤組織中分布后，通過(guò)超聲的敏化作用在腫瘤組織中產(chǎn)生活性氧自由基；利用化學(xué)發(fā)光試劑直接實(shí)時(shí)地把聲敏化過(guò)程中活性氧自由基轉(zhuǎn)化為光子輻射出來(lái)，在此基礎(chǔ)上，利用光學(xué)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行腫瘤的在體成像。
本發(fā)明的腫瘤的聲動(dòng)力學(xué)成像方法包括如下步驟——聲敏劑在腫瘤組織內(nèi)分布，化學(xué)發(fā)光試劑在體內(nèi)分布；
——超聲直接作用于機(jī)體，在腫瘤組織內(nèi)的聲敏劑產(chǎn)生活性氧自由基，與化學(xué)發(fā)光試劑反應(yīng)，在腫瘤組織處產(chǎn)生聲動(dòng)力學(xué)化學(xué)發(fā)光；——光接收組件將發(fā)光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；電信號(hào)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；——處理數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行影像重建，獲得腫瘤組織的位置圖像。
所述聲敏劑是指能選擇性地在腫瘤組織內(nèi)積集并能在超聲作用下產(chǎn)生活性氧自由基的物質(zhì)。如鎵卟啉衍生物ATX-70等。
所述化學(xué)發(fā)光試劑是指能與活性氧自由基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)發(fā)光并可以在體應(yīng)用的物質(zhì)。如海熒熒光素類似物FCLA等。
所述超聲可以由通用的正弦信號(hào)源經(jīng)功率放大后驅(qū)動(dòng)超聲換能器產(chǎn)生，可以為連續(xù)聲場(chǎng)，也可以為脈沖聲場(chǎng)；可以為均勻分布的聲場(chǎng)，也可以為聚焦聲場(chǎng)。
所述光接收組件是用于探測(cè)光的裝置。例如CCD照像系統(tǒng)、光共聚焦掃描系統(tǒng)。模數(shù)轉(zhuǎn)換可以用通用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，例如National Instruments公司生產(chǎn)的系列圖像采集卡，或Princeton Instruments公司生產(chǎn)的CCD控制器。圖像重建可以用通用的圖像處理軟件結(jié)合計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，例如用NationalInstruments公司開(kāi)發(fā)的LabVIEW軟件或Princeton Instruments公司開(kāi)發(fā)的WINVIEW軟件實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的腫瘤的聲動(dòng)力學(xué)成像裝置由超聲發(fā)生組件、光接收組件、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)構(gòu)成，超聲發(fā)生組件與計(jì)算機(jī)電氣連接，光接收組件、模數(shù)轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)依次電氣連接。
超聲發(fā)生組件可以采用現(xiàn)有的超聲發(fā)生組件，由函數(shù)發(fā)生器、功率放大器和超聲換能器電氣連接組成。發(fā)明人設(shè)計(jì)了一種更有利于直接作用于生物體或組織并形成大面積柱形聲場(chǎng)的超聲換能器，以便獲得更清晰的圖像，它是壓電陶瓷片，兩個(gè)圓面鍍有銀導(dǎo)電膜，形成兩個(gè)電極。它能被經(jīng)功率放大器放大后的正弦信號(hào)驅(qū)動(dòng)而產(chǎn)生超聲。超聲換能器的一個(gè)圓面用熱沉膠固定于循環(huán)水盒上，工作時(shí)可開(kāi)啟循環(huán)水使換能器致冷。
光接收組件是用于探測(cè)光的裝置，例如CCD照像系統(tǒng)、光共聚焦掃描系統(tǒng)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器可采用通用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，或帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的其他裝置，例如National Instruments公司生產(chǎn)的系列圖像采集卡，或Princeton Instruments公司生產(chǎn)的CCD控制器。
計(jì)算機(jī)內(nèi)裝有數(shù)據(jù)處理軟件，用于生物體或組織圖像重建及處理。例如用National Instruments公司的LabVIEW平臺(tái)開(kāi)發(fā)的自動(dòng)化圖像采集處理軟件。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明方法結(jié)合了超聲對(duì)機(jī)體具有較強(qiáng)的穿透能力及光學(xué)成像具有高分辨、無(wú)損傷的優(yōu)點(diǎn)，不會(huì)對(duì)生物體產(chǎn)生放射性損傷，所以與傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)影像診斷方法相比具有無(wú)損傷、分辨率高的優(yōu)點(diǎn)；(2)由于此方法中是探測(cè)無(wú)自體熒光背景噪聲的聲動(dòng)力學(xué)光子輻射，診斷信噪比得到很大提高。
(3)超聲場(chǎng)在組織內(nèi)穿透較大并且可以聚焦到腫瘤部位，是一種良好的治療激發(fā)源。
(4)應(yīng)用無(wú)光敏作用的卟啉類聲敏劑可減小皮膚光化學(xué)毒性副作用。
(5)本發(fā)明的裝置的各組件的造價(jià)較低，所以整體裝置的造價(jià)亦相對(duì)較低，又由于本裝置的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，所以生產(chǎn)裝配較為容易，使用操作亦比較方便。


圖1是本發(fā)明腫瘤的聲動(dòng)力學(xué)成像裝置結(jié)構(gòu)方框圖；圖2是一荷瘤裸鼠的聲動(dòng)力學(xué)成像圖像；圖3是圖2圖疊加在同一荷瘤裸鼠外形圖上所得到的圖像。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
圖1示出了本發(fā)明腫瘤的聲動(dòng)力學(xué)成像裝置的結(jié)構(gòu)，由圖1可見(jiàn)，本裝置由超聲發(fā)生組件1、光接收組件2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器3、計(jì)算機(jī)4組成，其中超聲發(fā)生組件1由函數(shù)發(fā)生器1-1、功率放大器1-2、超聲換能器1-3依次序電氣連接構(gòu)成；光接收組件2由照像鏡頭2-1與探測(cè)器2-2連接構(gòu)成；超聲發(fā)生組件1與計(jì)算機(jī)4電氣連接，光接收組件2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器3與計(jì)算機(jī)4依次電氣連接；5為被測(cè)生物體(或組織)、6為暗室。選用各構(gòu)件連接組成本裝置，其中函數(shù)發(fā)生器1-1選用Tektronix公司制造的AFG320型任意函數(shù)發(fā)生器；功率放大器1-2選用ENI公司制造的2100L型寬帶功率放大器；超聲換能器1-3為一塊直徑為50mm，厚3mm的壓電陶瓷片，兩個(gè)圓面鍍有銀導(dǎo)電膜，均由導(dǎo)線引出，形成兩個(gè)電極，它能被經(jīng)功率放大器放大后的正弦信號(hào)驅(qū)動(dòng)而產(chǎn)生超聲。超聲換能器的一個(gè)圓面用熱沉膠固定于循環(huán)水盒上，工作時(shí)可開(kāi)啟循環(huán)水以致冷換能器；照像鏡頭2-1選用適用于弱光拍攝的Nikon公司制造的大數(shù)字孔徑鏡頭(50mm，f/1.2型)；探測(cè)器2-2選用美國(guó)Princeton Instruments公司制造的增強(qiáng)型的致冷ICCD-576-S/1型CCD；模數(shù)轉(zhuǎn)換器3選用美國(guó)PrincetonInstruments公司制造的ST-130型控制器；計(jì)算機(jī)4選用Pentium IV微機(jī)。
將上述裝置應(yīng)用于對(duì)移植腫瘤裸鼠進(jìn)行成像診斷實(shí)驗(yàn)。取荷瘤裸鼠一只，腹腔注射聲敏劑ATX-70，24小時(shí)后ATX-70在腫瘤組織內(nèi)積聚；皮下注射FCLA，30分鐘后，其均勻擴(kuò)散分布。放置在暗室6內(nèi)超聲換能器1-3面上，在微弱光照下記錄如圖2所示的外形圖；關(guān)上暗室，通過(guò)計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生頻率為40KHz的正弦信號(hào)，經(jīng)功率放大為100W后驅(qū)動(dòng)超聲換能器1-3，產(chǎn)生弱超聲，該弱超聲到達(dá)肝臟組織的功率密度約為0.38W/cm2(遠(yuǎn)低于美國(guó)FDA的超聲對(duì)人體安全標(biāo)準(zhǔn)23bar，相當(dāng)于19.32W/cm2)，在弱超聲的敏化作用下，腫瘤組織產(chǎn)生聲動(dòng)力學(xué)內(nèi)源性化學(xué)發(fā)光，探測(cè)器2-2通過(guò)照像鏡頭2-1記錄發(fā)光信號(hào)15min并將發(fā)光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器3對(duì)電信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后將其輸入計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)中利用Princeton Instruments公司開(kāi)發(fā)的WINVIEW軟件進(jìn)行圖像重建及數(shù)據(jù)處理即可得到如圖3所示的發(fā)光圖像。由圖可見(jiàn)，本發(fā)明方法可以對(duì)腫瘤組織成像，圖像清晰，信噪比為4.89。
權(quán)利要求
1.一種腫瘤的聲動(dòng)力學(xué)成像方法，其特征在于包括如下步驟——聲敏劑在腫瘤組織內(nèi)分布，化學(xué)發(fā)光試劑在體內(nèi)分布；——超聲直接作用于機(jī)體，在腫瘤組織內(nèi)的聲敏劑產(chǎn)生活性氧自由基，與化學(xué)發(fā)光試劑反應(yīng)，在腫瘤組織處產(chǎn)生聲動(dòng)力學(xué)化學(xué)發(fā)光；——將發(fā)光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；電信號(hào)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；——處理數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行影像重建，獲得腫瘤組織的位置圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腫瘤的聲動(dòng)力學(xué)成像方法，其特征在于所述聲敏劑是鎵卟啉衍生物ATX-70。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的腫瘤的聲動(dòng)力學(xué)成像方法，其特征在于所述化學(xué)發(fā)光試劑是海熒熒光素類似物FCLA。
4.權(quán)利要求1的方法使用的腫瘤的聲動(dòng)力學(xué)成像裝置，其特征在于由超聲發(fā)生組件、光接收組件、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)構(gòu)成，超聲發(fā)生組件與計(jì)算機(jī)電氣連接，光接收組件、模數(shù)轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)依次電氣連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的腫瘤的聲動(dòng)力學(xué)成像裝置，其特征在于超聲發(fā)生組件由函數(shù)發(fā)生器、功率放大器和超聲換能器電氣連接組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的腫瘤的聲動(dòng)力學(xué)成像裝置，其特征在于所述超聲換能器是壓電陶瓷片，兩個(gè)圓面鍍有銀導(dǎo)電膜，形成兩個(gè)電極。
全文摘要
一種腫瘤的聲動(dòng)力學(xué)成像方法,是利用聲敏劑選擇性地在腫瘤組織中分布后,通過(guò)超聲的敏化作用在腫瘤組織中產(chǎn)生活性氧自由基;利用化學(xué)發(fā)光試劑直接實(shí)時(shí)地把聲敏化過(guò)程中活性氧自由基轉(zhuǎn)化為光子輻射出來(lái),在此基礎(chǔ)上,利用光學(xué)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行腫瘤的在體成像;其裝置由超聲發(fā)生組件、光接收組件、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)構(gòu)成,超聲發(fā)生組件與計(jì)算機(jī)電氣連接,光接收組件、模數(shù)轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)依次電氣連接;本發(fā)明結(jié)合超聲對(duì)機(jī)體具有較強(qiáng)的穿透能力及光學(xué)成像具有高分辨、無(wú)損傷的優(yōu)點(diǎn),不會(huì)對(duì)生物體產(chǎn)生放射性損傷。
文檔編號(hào)A61B6/00GK1389179SQ0213432
公開(kāi)日2003年1月8日 申請(qǐng)日期2002年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月9日
發(fā)明者邢達(dá), 何永紅 申請(qǐng)人:華南師范大學(xué)