CN103654842A - 超声监控与靶向控释系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超声监控与靶向控释系统，属于超声分子影像学技术领域，其可解决现有的超声成像设备不能实现药物或基因的精确靶向控释的问题。本发明的超声监控与靶向控释系统包括：用于形成待治疗部位图像的超声监控单元，其包括用于发出超声波的超声监控探头；用于利用聚焦超声波触发载有药物或基因的超声造影剂的微泡的超声触发单元，其包括用于发出聚焦超声波的超声触发探头；用于分析所述超声监控单元所采集图像的图像分析单元；其中，所述超声触发探头的中心设有孔路，所述超声监控探头固定集成于所述孔路中。本发明可用于小动物和大动物的超声分子影像学的治疗与研究。
Description
技术领域
本发明属于超声分子影像学技术领域，具体涉及一种超声监控与靶向控释系统。
背景技术
分子影像学（Molecular Imaging）是运用影像学手段对生物体内的细胞和分子水平的生物过程进行描述和测量的技术。其中，超声分子影像学是分子影像学的重要组成部分，是近年来超声医学研究的重点和热点。
在超声分子影像学技术中，先通过注射、血液循环等方式将超声造影剂(Ultrasound Contrast Agent)的微泡送入需要成像的部分，而由于微泡能显著增强超声背向散射强度，故其可大大加强超声成像技术(彩色多普勒超声)的成像精度和清晰度，改善诊断效果。
随着技术的发展，超声分子影像学技术还可用于疾病的治疗。具体的，通过在微泡表面或内部(为达到更好的靶向效果，优选在表面)连接特定的药物或基因，并在微泡达到特定部位时用超声波将其触发(或者说使其破碎)，从而使其上的药物或基因在特定部位释放，则可实现药物或基因的靶向控释，从而达到治疗目的。
但现有技术中只有超声成像设备(如彩色多普勒超声)，而没有专门用于超声分子显像和靶向控释的设备。因此，现有的超声靶向控释也是通过超声成像设备实现的；但是，超声成像设备发出的不是聚焦超声波，且其频率、声强等也都不适于触发微泡，因此用其进行触发时，整个成像区域内的全部药物或基因实际都在“胡乱释放”，而不能实现精确定位、准确定量的释放。
也就是说，现有的超声成像设备实际只能实现微泡的靶向定位，而不能实现药物或基因的精确靶向控释，从而其治疗效果受到了很大的限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题包括，针对现有技术中的超声成像设备不能实现药物或基因的精确靶向控释的问题，提供一种可实现药物或基因的精确靶向控释，并可同时进行诊断、监控、评价的超声监控与靶向控释系统。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种超声监控与靶向控释系统，其包括：用于形成待治疗部位图像的超声监控单元，其包括用于发出超声波的超声监控探头；用于利用聚焦超声波触发载有药物或基因的超声造影剂的微泡的超声触发单元，其包括用于发出聚焦超声波的超声触发探头；用于分析所述超声监控单元所采集图像的图像分析单元；其中，所述超声触发探头的中心设有孔路，所述超声监控探头固定集成于所述孔路中。
本发明的超声监控与靶向控释系统中具有超声监控单元和超声监控探头，且超声监控探头集成在超声触发探头中；因此，其可分别用不同的超声波实现监控(或者说诊断)和触发(或者说治疗)，二者互不影响，故其既可进行有效的成像和监控，也可实现药物或基因的精确靶向控释；同时，由于具有图像分析单元，因此其可对触发过程、治疗效果等进行精确的定量分析，故其还具有评价治疗效果的功能。
优选的是，所述超声触发探头用于发出连续超声波，所述连续超声波的频率在0.5~1MHz之间，声强在3~1000mW/cm2之间。
优选的是，所述超声触发探头用于发出脉冲超声波，所述脉冲超声波的频率在0.5~1MHz之间，声强在3~1000mW/cm2之间，脉冲超声波持续时间在1~300s之间，超声波的通断时间比值在0.1~0.9之间。
优选的是，所述超声监控探头发出的超声波的频率在2~30MHz之间，声强在5~300mW/cm2之间。
优选的是，所述图像分析单元用于进行微泡定量分析和/或组织定征分析。
进一步优选的是，所述图像分析单元用于通过敏感粒子声学定量技术进行微泡定量分析。
优选的是，所述超声监控与靶向控释系统还包括：用于调整所述超声触发探头发出的聚焦超声波的焦域大小的焦域控制单元。
进一步优选的是，所述焦域控制单元用于调整所述超声触发探头发出的超声波的频率。
进一步优选的是，所述超声触发探头包括用于发出聚焦超声波的相控阵超声换能器，所述相控阵超声换能器中包括多个用于发出超声波的发射单元；所述焦域控制单元用于调整各所述发射单元发出的超声波的相位和/或声强。
进一步优选的是，所述相控阵超声换能器为环状阵列超声换能器或二维面状阵列超声换能器。
本发明可用于小动物和大动物的超声分子影像学的治疗与研究。
附图说明
图1为本发明的实施例2的超声监控与靶向控释系统的组成示意框图；
图2为本发明的实施例2的超声监控与靶向控释系统的超声监控探头与超声触发探头的结构示意图；
图3为本发明的实施例2的超声监控与靶向控释系统的超声监控探头与超声触发探头的结构示意图；
图4为用本发明的实施例2的超声监控与靶向控释系统进行微泡触发前的组织图像；
图5为用本发明的实施例2的超声监控与靶向控释系统进行微泡触发后的组织图像；
图6为用现有的超声成像设备进行微泡触发前的组织图像；
图7为用现有的超声成像设备进行微泡触发后的组织图像；
其中附图标记为：13、外壳；14、超声触发探头；15、超声监控探头；16、透声膜；20、连接管。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例提供一种超声监控与靶向控释系统，其包括：用于形成待治疗部位图像的超声监控单元，其包括用于发出超声波的超声监控探头；用于利用聚焦超声波触发载有药物或基因的超声造影剂的微泡的超声触发单元，其包括用于发出聚焦超声波的超声触发探头；用于分析所述超声监控单元所采集图像的图像分析单元；其中，所述超声触发探头的中心设有孔路，所述超声监控探头固定集成于所述孔路中。
本实施例的超声监控与靶向控释系统中具有超声监控单元和超声监控探头，且超声监控探头集成在超声触发探头中；因此，其可分别用不同的超声波实现监控(或者说诊断)和触发(或者说治疗)，二者互不影响，故其既可进行有效的成像和监控，也可实现药物或基因的精确靶向控释；同时，由于具有图像分析单元，因此其可对触发过程、治疗效果等进行精确的定量分析，故其还具有评价治疗效果的功能。
实施例2：
如图1至图3所示，本实施例提供一种超声监控与靶向控释系统，其包括超声监控单元、超声触发单元、图像分析单元。
超声监控单元可通过超声波形成待治疗部位的图像，从而可进行疾病诊断，监控及指引超声造影剂微泡的触发，并评价治疗效果。该超声监控单元可为类似彩色多普勒超声单元。
超声触发单元则可发出聚焦的超声波，故可在超声监控单元的指引下准确触发某个区域内的微泡，以实现药物或基因的精确、适形、高效的靶向控释，从而提高治疗效果，并降低药物或基因对其他组织的不良影响。
其中，如图2、图3所示，超声监控单元包括用于发出超声波的超声监控探头15，而超声触发单元包括用于发出聚焦超声波的超声触发探头14。超声触发探头14的中心设有孔路，超声监控探头15固定集成于该孔路中。也就是说，超声触发探头14和超声监控探头15是可分别独立发出超声波的两个探头，但二者又集成在一起，它们的透声膜16等部件可共用，超声触发探头14可位于外壳13中，两个探头与其它设备的连接线可通过位于外壳13末端的连接管20接出。这种集成式的结构可以减小探头的总体积，简化产品结构；而且，其可使两个探头保持同步运动，使触发区域与成像区域的位置相固定，容易准确的进行触发；另外，这样在进行诊断和触发时不必更换探头，操作简单。
当然，为了使两个探头能发出超声波，故超声监控单元、超声触发单元中还应包括用于驱动两个探头发出超声波的电路等，因为这些电路可采用已知结构，在此不再详细描述。
优选的，超声监控探头15发出的超声波的频率在2~30MHz之间，声强(或称功率密度)在5~300mW/cm2之间。经研究发现，该参数范围内的超声波可以起到较好的成像效果，且不会触发微泡。
优选的，超声触发探头14可发出连续超声波或脉冲超声波；其中连续超声波的频率优选在0.5~1MHz之间，声强在3~1000mW/cm2之间；而对于脉冲超声波，其频率优选在0.5~1MHz之间，声强在3~1000mW/cm2之间，超声波持续时间在1~300s之间，超声波的通断时间比值在0.1~0.9之间。经研究发现，上述参数范围内的超声波可以起到准确触发微泡的作用，且不会对超声监控单元的成像产生影响。
通过为超声监控探头15和超声触发探头14分别设定最适合的超声参数，可使它们发出的超声波分别起到良好的成像和触发作用，且相互不干扰，从而同时保证诊断和治疗效果。
优选的，本实施例的超声监控与靶向控释系统中还包括用于调整超声触发探头14发出的聚焦超声波的焦域大小的焦域控制单元，该焦域控制单元与超声触发探头14相连接。
优选的，焦域控制单元用于调整超声触发探头14发出的超声波的频率。经研究发现，对于聚焦超声波，其频率越高则聚焦越好，因此可通过控制超声波的频率改变其焦域的大小，从而实现准确的靶向控释。
优选的，超声触发探头14中包括用于发出聚焦超声波的相控阵超声换能器，相控阵超声换能器中包括多个用于发出超声波的发射单元；焦域控制单元用于调整各发射单元发出的超声波的相位和/或声强。相控阵超声换能器是超声换能器中的一种，其具有多个可独立发射同频率超声波的发射单元，根据惠更斯原理，这些发射单元发出的超声波在空间干涉后可形成聚焦的超声波，而通过调整各发射单元发出的超声波的相位(或者说调整各发射单元间的延迟时间)或声强，即可改变相控阵超声换能器的焦域。
优选的，上述相控阵超声换能器可为环状阵列超声换能器(又称菲涅尔超声换能器)或二维面状阵列超声换能器。其中，环状阵列超声换能器包括多个用于发出超声波的同心的发射环(即发射单元)；而二维面状阵列超声换能器包括多个在平面上排成阵列的发射单元。
图像分析单元用于对超声监控单元所采集图像的图像进行分析。具体的，图像分析单元可包括用于接收超声监控单元所采集图像的图像采集模块和用于分析该图像的图像分析模块，该图像分析单元可为具有图像采集卡的计算机。通过设置图像分析单元，可以对微泡触发情况、组织变化情况等进行精确分析，从而更好的指引靶向控释和分析治疗效果。
优选的，图像分析单元用于进行微泡定量分析和/或组织定征分析。进一步优选的，微泡定量分析是通过敏感粒子声学定量技术(SPAQ，Sensitive Particle Acoustic Quantification)进行的。
其中，组织定征分析是指通过分析超声图像，对成像生物组织的类型、病理学特性等进行分析的技术。通过使用组织定征分析，一方面可以对疾病进行更准确的诊断，另一方面也可以更精确的评价治疗效果。
敏感粒子声学定量技术是指先用极低浓度的微泡进行成像，以获得单个微泡的造影面积，之后注射大量微泡，再匀速移动超声监控探头15并同时进行录相，从而计算感兴趣区(ROI)内的微泡造影面积，最后通过一系列的计算校正，得到感兴趣区内的微泡数量；而因为单个微泡的载药量已明确，故通过敏感粒子声学定量技术可对药物总量、药物分布、药物控释情况等进行精确的定量分析，以实现准确的按需定量控释，提高疗效，延长药物作用时间，减轻毒副作用。
显然，本实施例的超声监控与靶向控释系统中还可包括许多其他的器件，如用于对各单元进行统一控制的主机单元、用于显示所采集到的图像和治疗参数的显示单元(如为显示器)、用于让用户对系统进行控制的输入单元(如为键盘)等。
用本实施例的超声监控与靶向控释系统和现有的超声成像设备分别进行成像和靶向控释试验，其结果如下。
试验中，体外培养卵巢癌细胞并建立裸鼠卵巢癌移植瘤模型。以聚乳酸-羟基乙酸(PLGA，Poly[lactic-co-Glycolic Acid])作为成膜材料，包裹液态氟碳(PFOB)及抗肿瘤药物紫杉醇，再偶联叶酸作为超声造影剂微泡。上述超声造影剂微泡的制备方法是已知的，不再详细描述。
通过注射将上述超声造影剂的微泡注入待治疗区域，分别用本实施例的超声监控与靶向控释系统和现有的超声成像设备进行成像，结果分别为图4和图6，图中黑圈内的区域为希望进行药物靶向控释的区域。继续分别用本实施例的系统和现有的超声成像设备进行微泡触发，触发后的图像分别为图5和图7，其中深色的部位为微泡破裂、药物释放的区域。在图5中，用本实施例的系统进行触发后，基本只有目标区域的颜色变深，表明本实施例的系统可实现对目标区域的精确靶向控释；而在图6中，用现有的超声成像设备进行触发后，整个成像区域的颜色整体均变深，表明其中各个位置的微泡均被触发，因此其药物实际上处于“胡乱释放”的状态。因此，本实施例的超声监控与靶向控释系统实现了药物或基因的精确的靶向控释。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种超声监控与靶向控释系统，其特征在于，包括：
用于形成待治疗部位图像的超声监控单元，其包括用于发出超声波的超声监控探头；
用于利用聚焦超声波触发载有药物或基因的超声造影剂的微泡的超声触发单元，其包括用于发出聚焦超声波的超声触发探头；
用于分析所述超声监控单元所采集图像的图像分析单元；
其中，
所述超声触发探头的中心设有孔路，所述超声监控探头固定集成于所述孔路中。
2.根据权利要求1所述的超声监控与靶向控释系统，其特征在于，
所述超声触发探头用于发出连续超声波，所述连续超声波的频率在0.5~1MHz之间，声强在3～1000mW/cm2之间。
3.根据权利要求1所述的超声监控与靶向控释系统，其特征在于，
所述超声触发探头用于发出脉冲超声波，所述脉冲超声波的频率在0.5~1MHz之间，声强在3～1000mW/cm2之间，超声波持续时间在1~300s之间，超声波的通断时间比值在0.1~0.9之间。
4.根据权利要求1所述的超声监控与靶向控释系统，其特征在于，
所述超声监控探头发出的超声波的频率在2~30MHz之间，声强在5~300mW/cm2之间。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的超声监控与靶向控释系统，其特征在于，
所述图像分析单元用于进行微泡定量分析和/或组织定征分析。
6.根据权利要求5所述的超声监控与靶向控释系统，其特征在于，
所述图像分析单元用于通过敏感粒子声学定量技术进行微泡定量分析。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的超声监控与靶向控释系统，其特征在于，还包括：
用于调整所述超声触发探头发出的聚焦超声波的焦域大小的焦域控制单元。
8.根据权利要求7所述的超声监控与靶向控释系统，其特征在于，
所述焦域控制单元用于调整所述超声触发探头发出的超声波的频率。
9.根据权利要求7所述的超声监控与靶向控释系统，其特征在于，
所述超声触发探头包括用于发出聚焦超声波的相控阵超声换能器，所述相控阵超声换能器中包括多个用于发出超声波的发射单元；
所述焦域控制单元用于调整各所述发射单元发出的超声波的相位和/或声强。
10.根据权利要求7所述的超声监控与靶向控释系统，其特征在于，
所述相控阵超声换能器为环状阵列超声换能器或二维面状阵列超声换能器。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140326 |