CN110339494A - 一种用于体内微泡操控及成像的装置和方法 - Google Patents
一种用于体内微泡操控及成像的装置和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110339494A CN110339494A CN201910661995.9A CN201910661995A CN110339494A CN 110339494 A CN110339494 A CN 110339494A CN 201910661995 A CN201910661995 A CN 201910661995A CN 110339494 A CN110339494 A CN 110339494A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- microvesicle
- signal
- imaging
- module
- echo
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/04—Hollow or tubular parts of organs, e.g. bladders, tracheae, bronchi or bile ducts
- A61F2/06—Blood vessels
- A61F2/07—Stent-grafts
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N7/00—Ultrasound therapy
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2250/00—Special features of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof
- A61F2250/0058—Additional features; Implant or prostheses properties not otherwise provided for
- A61F2250/0067—Means for introducing or releasing pharmaceutical products into the body
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N7/00—Ultrasound therapy
- A61N2007/0039—Ultrasound therapy using microbubbles
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N7/00—Ultrasound therapy
- A61N2007/0043—Ultrasound therapy intra-cavitary
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Public Health (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Pulmonology (AREA)
- Gastroenterology & Hepatology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Surgical Instruments (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于体内微泡操控及成像的装置和方法,包括:支架型体内植入结构、载药微泡,操控阵列换能器单元和成像阵列换能器单元;载药微泡表面或内部加载药物颗粒,载药微泡在局域声场作用下被支架型体内植入结构定点捕获和聚集,通过改变超声强度使得微泡破裂,释放药物颗粒;操控阵列换能器单元用于发射功率超声激励支架型体内植入结构振动来捕获血管中的载药微泡;成像阵列换能器单元用于发射脉冲波并接收来自不同位置的回波信号,对微泡、支架型体内植入结构以及组织结构进行成像。本发明利用支架型体内植入结构产生的共振声场,实现对血管内微泡聚集进行控制;增加用于成像的超声换能器,可以实时的观测微泡的操控效果。
Description
技术领域
本发明属于超声给药技术领域,具体涉及一种用于体内微泡操控及成像的装置和方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息,不必然构成在先技术。
为了疾病治疗,常需要在人体内植入人工假体,例如人工颅骨、人工关节、人工骨骼,还包括各种腔道内植入物,例如血管支架、气管支架、食管支架、尿道支架等。对于很多疾病而言,这些植入物并不能治愈原发病,为了持续干预疾病进程或保持腔道内植入物的通畅,这就需要在后续治疗中继续将干预疾病进程的药物输送到植入物部位或植入物附近。例如,由于动脉粥样硬化而导致的动脉狭窄,虽然利用血管内支架可有效解决管腔狭窄的问题,但是由于动脉粥样硬化仅依靠支架的支撑是无法治愈的,而伴随支架植入而来的支架内再狭窄使得保持支架内通畅又成为一个新的问题和挑战。
目前虽有通过药物洗脱支架以减缓支架内再狭窄的技术,但该技术又引发了新的问题:洗脱的药物为西罗莫斯等抗癌药物,导致血管内皮延迟愈合,促进了支架内血栓形成的风险;为降低这一问题,需要口服两种甚至两种以上的抗血小板药物,这就导致了全身出血风险的增加,尤其有些部位的出血往往是致死性的;同时,有研究证实,从支架洗脱下来的这些药物可以在心肌局部富集,产生心肌毒性。
现有技术提出一种定点给药装置,利用共振支架直接操控分散在血液中的药物颗粒;然而,药物颗粒通常是纳米级的实心颗粒,其在医学超声常用频率范围内(1-10MHz)所受到的声辐射力是极小的,很难通过辐射力对其直接操控。这是因为实心颗粒在声场中所受声辐射力与粒径的三次方成比例,其大小随着粒径的减小而急剧减小。另外,颗粒除了受到辐射力以外,还受到声流效应引起的拽力的影响。在1-10MHz频率域内,对于小于1微米的实心颗粒而言,拽力的作用大于声辐射力的作用,因此拽力对操控起主导作用。在成像方面,由于纳米药物颗粒对声波的散射回波极其微弱,因此很难通过超声成像的方法对这些纳米药物颗粒进行可视化。因此,对纳米级药物颗粒直接进行声辐射力捕获操控,并对这些颗粒进行超声成像是极其困难的。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提出一种用于体内微泡操控及成像的装置和方法,将纳米药物颗粒加载在微米级气泡上,将气泡作为药物颗粒的载体或者运输工具。通过体内的共振植入物对气泡产生的辐射力实现微泡的定点捕获和聚集,待微泡聚集到一定程度,将微泡击破,释放出药物颗粒,提高定点位置附近的局部药物浓度,从而间接实现对药物颗粒的操控。
在一些实施方式中,采用如下技术方案:
一种用于体内微泡操控及成像的装置,包括:
支架型体内植入结构,植入到体内的设定位置,能够在超声激励下通过共振产生局域声场;
载药微泡,其表面或内部加载药物颗粒,载药微泡在局域声场作用下被支架型体内植入结构定点捕获和聚集,通过改变超声强度使得微泡破裂,释放药物颗粒;
操控阵列换能器单元,用于发射功率超声激励支架型体内植入结构振动来捕获血管中的载药微泡;
成像阵列换能器单元,用于发射脉冲波并接收来自不同位置的回波信号,对捕获的载药微泡、支架型体内植入结构以及体内组织结构进行成像。
进一步地,所述操控阵列换能器单元包括:依次连接的发射通道波束合成器、信号发生模块、功率放大模块和操控换能器;波束合成器根据成像中感兴趣区域的空间位置计算操控换能器每个阵元的延迟时间,并将延迟时间传送给每个阵元所对应的信号发生模块;信号发生模块根据计算的时间延迟产生激励信号,并经功率放大模块放大后将所述激励信号发送至操控换能器,激励相应的阵元发射声波;各阵元发射的声波传播至感兴趣区域并聚焦激励支架型体内植入结构振动。
进一步地,所述成像阵列换能器单元包括:依次连接的声波发射模块、回波信号接收模块、前置放大模块、A/D采集模块、接收通道波束合成器、信号处理模块和图像重建与显示模块;在A/D采集模块之后连接时间增益补偿模块;
回波信号接收模块接收来自不同位置的回波信号,回波信号依次经过前置放大模块、A/D采集模块以及时间增益补偿模块后进入接收通道波束合成器,接收通道波束合成器根据不同空间点的延迟时间对回波信号进行聚焦;波束合成后的回波信号经信号处理模块依次进行直流滤波、I/Q解调和带通滤波后,从回波信号中提取出其中的基波成分和谐波成分。
进一步地,对谐波成分进行壁滤波处理,进一步获得只含有捕获微泡而不含有流动微泡的超声图像。
基波成分含有组织、微泡和支架植入物的回波信号,因此基波的成像结果往往具有比较低的造影组织比。为了提高造影组织比,可提取回波信号中的谐波信号进行成像。但是谐波成像会对血液中流动的微泡和捕获在支架植入物表面的微泡同时成像。为了只对捕获的微泡进行成像,可对谐波信号进行壁滤波处理,将运动速度较快的流动微泡的信号滤除掉,从而可只对捕获微泡进行造影成像,以便实时观察药物定点聚焦。
进一步地,所述声波发射模块包括依次连接的发射通道波束合成器、信号发生模块、发射接收转换开关和成像换能器;
发射通道波束合成器根据成像中感兴趣区域的空间位置计算成像换能器每个阵元的延迟时间,并将延迟时间传送给每个阵元所对应的信号发生模块;信号发生模块根据计算的时间延迟产生激励信号,将所述激励信号发送至成像换能器,激励相应的阵元发射声波;在所述空间合成焦点,对空间各点进行扫描。
进一步地,所述图像重建与显示模块被配置为对提取到的基波成分和谐波成分依次经过包络提取、对数压缩、图像处理和扫描变换后得到成像结果并显示。
进一步地,所述操控阵列换能器单元和成像阵列换能器单元共用一个操控-成像偶联复合阵列换能器探头,所述操控-成像偶联复合阵列换能器探头包括位于探头中心的成像换能器和位于成像换能器两侧的操控换能器。
在另一些实施方式中,采用如下技术方案:
一种用于体内微泡操控的方法,包括:
根据感兴趣区域的空间位置计算操控换能器每个阵元的延迟时间,根据延迟时间产生操控换能器的激励信号,激励相应的阵元发射声波,各阵元发射的声波传播至感兴趣区域并聚焦激励支架型体内植入结构振动;
支架型体内植入结构通过共振产生局域声场,载药微泡在局域声场作用下被支架型体内植入结构定点捕获和聚集,通过改变超声强度使得微泡破裂,释放药物颗粒。
在另一些实施方式中,采用如下技术方案:
一种用于体内微泡成像的方法,包括:
根据感兴趣区域的空间位置计算操控换能器每个阵元的延迟时间,根据延迟时间产生成像换能器的激励信号,激励相应的阵元发射声波,在所述空间合成焦点,对空间各点进行扫描;
从发射模式转换为接收模式,接收来自不同位置的回波信号,回波信号依次经过前置放大、A/D采集以及时间增益补偿后;根据不同空间点的延迟时间对回波信号进行波束合成;
波束合成后的回波信号依次进行直流滤波、I/Q解调和带通滤波后,从回波信号中提取出其中的基波成分和谐波成分;
根据得到的基波成分和谐波成分进行图像重建和显示。
进一步地,得到的基波成分和谐波成分依次经过包络提取、对数压缩、图像处理和扫描变换后得到成像结果并显示;对谐波成分进行壁滤波器处理,进一步获得只含有捕获微泡而不含有流动微泡的超声图像。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)本发明利用支架型体内植入结构产生的共振声场,实现对血管内微泡聚集进行控制,待微泡聚集到一定程度,将微泡击破,释放出药物颗粒,提高定点位置附近的局部药物浓度,达到治疗的目的。另外,捕获的微泡空化效应对临近细胞的生物学效应(比如声流效应、声致穿孔效应等),也会促进药物的渗透,增强治疗效果。由于分散在血管中的药物浓度较低,因此可大大降低药物对全身的毒副作用。
(2)增加用于成像的超声换能器,可以实时的观测微泡的操控效果;可对捕获微泡进行选择性成像,以实时观察药物定点聚集情况。
(3)即使非靶向微纳颗粒亦可在该技术作用下实现局部的高浓度聚集,这可极大的降低微纳颗粒靶向性的修饰过程,降低了微纳颗粒生产成本,提高其载药效率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。
图1是实施例一中用于体内微泡操控及成像的装置结构示意图;
图2是实施例一中双超声换能器结构示意图;
图3是实施例一中单个PLA杆共振时的局域场示意图;
图4是实施例一中对半径1微米的脂质微泡所产生的声辐射力分布示意图;
图5是实施例一中PLA支架在体捕获载药微泡的超声图像。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
声波操控颗粒,主要是利用声场中的颗粒会对声波产生散射、反射、折射、吸收等效应,导致声场携带的动量在声场与颗粒之间发生交换,颗粒受到力的作用使其运动被捕获。对于相同尺寸的气泡和刚性颗粒,气泡共振时的声散射截面积可达刚性颗粒声散射截面积的上亿倍,因此气泡在声场中受到的声辐射力远远高于刚性颗粒受到的声辐射力,因此气泡更易于操控。并且由于气泡优良的散射特性,其散射信号的线性和非线性成分均可用于成像,以改善图像质量。
因此,本发明将纳米药物颗粒加载在微米级气泡上,将气泡作为药物颗粒的载体或者运输工具。通过支架型体内植入结构对气泡产生的辐射力实现微泡的定点捕获和聚集,从而间接实现对药物颗粒的操控。并可通过超声造影成像技术对操控过程进行实时监控。待微泡聚集到一定程度,将微泡击破,释放出药物颗粒,提高定点位置附近的局部药物浓度,达到治疗的目的。
但是需要说明的是,本发明不仅能操控微泡,也可以操控实心颗粒或者体内的细胞等,比如,将内皮祖细胞捕捉到支架部位促进局部修复。
支架型体内植入结构可以是背景技术中提到的在人体内植入的人工假体,例如人工颅骨、人工关节、人工骨骼等,也可以是腔道内的植入物,例如血管支架、气管支架、食管支架、尿道支架等。
为了便于描述,本实施例以将载药微泡聚焦到血管支架为例进行说明,本领域技术人员应当明白,这不会对本发明的保护范围产生限制。
在一个或多个实施方式中,公开了一种用于体内微泡操控及成像的装置,包括:血管支架、载药微泡、操控阵列换能器单元和成像阵列换能器单元;
其中,血管支架植入到血管内的设定位置,其能够在超声激励下通过共振产生局域声场;
需要说明的是,也可以采用激励血管内结构共振的其他任意声场,声场形态不限。
载药微泡由作为运载工具的脂质微泡和微泡表面挂载的药物颗粒或者微泡内部包含的药物颗粒构成,载药微泡在局域声场作用下被支架型体内植入结构定点捕获和聚集,通过改变超声强度使得微泡破裂,释放药物颗粒;
图3给出了单个PLA杆(polylactic acid,聚乳酸)共振时的局域场,通过图3可以看出,入射超声平面波激励单根PLA杆共振,在杆表面会产生局域声场,大多数能量存在于杆表面较近的空间范围内,而很少有能量辐射出去。
图4给出了对半径1微米的脂质微泡所产生的声辐射力分布,通过图4可以看出,在左右两侧与入射平面波垂直的方向上,声辐射力的方向指向单根PLA杆的横截面的表面,这说明微泡可被捕获在PLA杆的两侧。
图5为PLA支架在体捕获载药微泡的超声图像。成像频率为40MHz,操控频率为1.5MHz。矩形框内为捕获在支架表面上的微泡。通过壁滤波器处理,可进一步获得只含有捕获微泡而不含有流动微泡的超声图像。
本实施例中,操控阵列换能器单元用于发射功率超声激励支架型体内植入结构振动来捕获血管中的载药微泡;参照图1,操控阵列换能器单元的具体结构包括:依次连接的发射通道波束合成器、信号发生模块、功率放大模块和操控换能器;
为了将发射声波聚焦在特定深度的血管支架上,发射通道波束合成器根据超声图像中感兴趣区域的空间位置计算操控换能器阵列每个阵元的延迟时间,并将延迟时间传送给每个阵元所对应的信号发生模块;信号发生模块根据计算的时间延迟一次产生信号,并经功率放大模块放大后激励相应的阵元发射声波;各阵元发射的声波传播至感兴趣区域并聚焦激励血管支架振动,从而捕获载药微泡。
成像阵列换能器单元用于发射脉冲波(脉冲波是声波的一种形式)并接收来自不同位置的回波信号,对微泡、支架型体内植入结构以及体内组织结构进行成像。特别地,可对捕获的微泡而非随血液流动微泡进行成像,以便实时观察药物定点聚集情况。
体内组织结构包括:血管壁、血管腔、心室壁、颅骨、肌肉、肝脏等等,所有超声检查能够看到的人体组织和器官都包含在其中。
参照图1,成像阵列换能器单元的具体结构包括:依次连接的信号发射模块、回波信号接收模块、前置放大模块、A/D采集模块、时间增益补偿模块、接收通道波束合成器、直流滤波模块、I/Q解调模块、带通滤波模块以及图像重建和显示模块;
其中,信号发射模块包括:依次连接的发射通道波束合成器、信号发生模块、发射/接收转换开关和成像换能器;
发射通道波束合成器计算成像区域各空间点处的聚焦所需要的时间延迟,并将时间延迟发送至信号发生模块;信号发生模块根据各空间点时间延迟,激励换能器阵元,发射声波,在空间合成焦点,对空间各点进行扫描。
计算延迟时间是为了估计每个阵元的发射时间。因为每个阵元发射的声波到达同一个空间点的时间不一样,所以必须发射时间有先后,才能保证每个阵元发射的声波可同时到达目标位置,从而合成聚焦。
通过切换发射/接收转换开关,从发射模式转换为接收模式,接收来自不同位置的回波信号;回波信号经前置放大器放大后并经A/D采集并经时间增益补偿信号衰减;接收通道波束合成器根据不同空间点的延迟时间对回波信号进行聚焦;波束合成后的回波信号通过直流滤波器去掉其中的直流分量,并经I/Q解调和带通滤波从回波信号中分别提取出其中的基波成分和谐波成分用于成像。
图像重建和显示模块被配置为对提取到的基波成分和谐波成分依次经过包络提取、对数压缩、图像处理和扫描变换后得到成像结果并显示。具体为:对基波和谐波I/Q分量计算回波幅度,并对数据进行对数压缩,使数据适合显示的动态范围;对图像进行边缘增强和斑点噪声抑制等处理;通过扫描变换,对数据进行坐标变换,并对扫描间的数据进行插值后进行显示。另外,对谐波信号进行壁滤波处理后,滤除流动微泡的谐波信号,可获得捕获微泡的超声图像。
本实施例中,采用操控-成像偶联复合阵列换能器探头,参照图2,其包括了操控换能器和成像换能器两种类型的超声换能器,换能器的中心为成像换能器,成像换能器两侧为操控换能器。
操控换能器用于控制载药微泡运动的超声的激发,其主频在0.5-5Mhz;成像换能器用于对组织和组织内的微泡进行成像来观测载药微泡的运动,通过对声散射信号更强的微米级气泡的超声成像从而间接对纳米级药物颗粒进行成像和监控,其主频>2MHz。
操控换能器与成像换能器的频率相同,或者成像换能器的频率高于操控换能器的频率。操控换能器为功率型换能器,成像换能器为成像型换能器。
当然,本领域技术人员也可以根据需要选择单独的操控换能器和成像换能器,也可以选择其他结构形式的双模超声换能器结构。
下面以超声图像引导下血管支架操控微泡溶栓为例对本发明实施例结构进行详细说明。
血管支架通过3D打印PLA制得,PLA杆的直径350微米,支架由长度20mm的5根PLA杆构成。载药微泡可由以下方法制备而成,但并不局限于该种方法:将二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺与水混合,通过振荡和全氟乙烷置换空气,形成核心为全氟乙烷的脂质微泡。
超声换能器的中间阵元为成像单元,两侧为操控单元。
操控阵列换能器单元中的信号发生模块可由TEK信号发生器AFG3102实现,功率放大模块通过功率放大器AR150实现,波束合成器通过FPGA实现。
成像阵列换能器单元中的信号发生模块通过高压脉冲发射芯片LM96550实现,发射/接收转换开关通过高压收发转换芯片LM96530实现,前置放大模块、A/D采集模块通过芯片AD9272实现,时间增益补偿模块通过芯片AD8021实现,控制采集的时钟通过芯片AD951X实现,接收通道波束合成器通过FPGA实现,I/Q解调模块通过芯片AD8339实现,带通滤波模块通过后台软件处理完成;图像重建与显示模块在PC机上通过软件实现。
在执行超声图像引导下血管支架操控微泡溶栓时,在成像模式下发射40MHz高频超声定位血管支架的位置,然后根据支架的位置计算操控模式下操控探头各阵元发射信号的延迟时间,根据计算的延迟时间激励操控探头发射1.5MHz功率超声聚焦在血管支架上引起支架共振。将载药微泡通过注射放射打入血管。成像模式监控下,可观察到微泡被不断捕获在支架表面。通过增大操控探头的发射功率可引起微泡破坏。执行操控、破环几个周期后,可观察到支架内的血栓被逐渐溶解,并从支架上脱落,血流速度恢复至从前水平。
实施例二
在一个或多个实施方式中,公开了一种用于体内微泡操控的方法,包括:
根据感兴趣区域的空间位置计算操控换能器每个阵元的延迟时间,根据延迟时间产生操控换能器的激励信号,激励相应的阵元发射声波,各阵元发射的声波传播至感兴趣区域并聚焦激励支架型体内植入结构振动;
支架型体内植入结构通过共振产生局域声场,载药微泡在局域声场作用下被支架型体内植入结构定点捕获和聚集,通过改变超声强度使得微泡破裂,释放药物颗粒。
实施例三
在一个或多个实施方式中,公开了一种用于体内微泡成像的方法,包括:
根据感兴趣区域的空间位置计算操控换能器每个阵元的延迟时间,根据延迟时间产生成像换能器的激励信号,激励相应的阵元发射声波,在所述空间合成焦点,对空间各点进行扫描;
从发射模式转换为接收模式,接收来自不同位置的回波信号,回波信号依次经过前置放大、A/D采集以及时间增益补偿后;根据不同空间点的延迟时间对回波信号进行波束合成;
波束合成后的回波信号依次进行直流滤波、I/Q解调和带通滤波后,从回波信号中提取出其中的基波成分和谐波成分;
根据得到的基波成分和谐波成分,依次经过包络提取、对数压缩、图像处理和扫描变换后得到成像结果并显示。另外,对谐波信号进行壁滤波处理后,滤除流动微泡的谐波信号,可获得捕获微泡的超声图像。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种用于体内微泡操控及成像的装置,其特征在于,包括:
支架型体内植入结构,植入到体内的设定位置,能够在超声激励下通过共振产生局域声场;
载药微泡,其表面或内部加载药物颗粒,载药微泡在局域声场作用下被支架型体内植入结构定点捕获和聚集,通过改变超声强度使得微泡破裂,释放药物颗粒;
操控阵列换能器单元,用于发射功率超声激励支架型体内植入结构振动来捕获血管中的载药微泡;
成像阵列换能器单元,用于发射脉冲波并接收来自不同位置的回波信号,对捕获的载药微泡、支架型体内植入结构以及体内组织结构进行成像。
2.如权利要求1所述的一种用于体内微泡操控及成像的装置,其特征在于,所述操控阵列换能器单元包括:依次连接的发射通道波束合成器、信号发生模块、功率放大模块和操控换能器;波束合成器根据成像中感兴趣区域的空间位置计算操控换能器每个阵元的延迟时间,并将延迟时间传送给每个阵元所对应的信号发生模块;信号发生模块根据计算的时间延迟产生激励信号,并经功率放大模块放大后将所述激励信号发送至操控换能器,激励相应的阵元发射声波;各阵元发射的声波传播至感兴趣区域并聚焦激励支架型体内植入结构振动。
3.如权利要求1所述的一种用于体内微泡操控及成像的装置,其特征在于,所述成像阵列换能器单元包括:依次连接的声波发射模块、回波信号接收模块、前置放大模块、A/D采集模块、接收通道波束合成器、信号处理模块和图像重建与显示模块;在A/D采集模块之后连接时间增益补偿模块;
回波信号接收模块接收来自不同位置的回波信号,回波信号依次经过前置放大模块、A/D采集模块以及时间增益补偿模块后进入接收通道波束合成器,接收通道波束合成器根据不同空间点的延迟时间对回波信号进行聚焦;波束合成后的回波信号经信号处理模块依次进行直流滤波、I/Q解调和带通滤波后,从回波信号中提取出其中的基波成分和谐波成分。
4.如权利要求3所述的一种用于体内微泡操控及成像的装置,其特征在于,对谐波成分进行壁滤波处理,进一步获得只含有捕获微泡而不含有流动微泡的超声图像。
5.如权利要求3所述的一种用于体内微泡操控及成像的装置,其特征在于,所述声波发射模块包括依次连接的发射通道波束合成器、信号发生模块、发射接收转换开关和成像换能器;
发射通道波束合成器根据成像中感兴趣区域的空间位置计算成像换能器每个阵元的延迟时间,并将延迟时间传送给每个阵元所对应的信号发生模块;信号发生模块根据计算的时间延迟产生激励信号,将所述激励信号发送至成像换能器,激励相应的阵元发射声波;在所述空间合成焦点,对空间各点进行扫描。
6.如权利要求1所述的一种用于体内微泡操控及成像的装置,其特征在于,所述图像重建与显示模块被配置为对提取到的基波成分和谐波成分依次经过包络提取、对数压缩、图像处理和扫描变换后得到成像结果并显示。
7.如权利要求1所述的一种用于体内微泡操控及成像的装置,其特征在于,所述操控阵列换能器单元和成像阵列换能器单元共用一个操控-成像偶联复合阵列换能器探头,所述操控-成像偶联复合阵列换能器探头包括位于探头中心的成像换能器和位于成像换能器两侧的操控换能器。
8.一种用于体内微泡操控的方法,其特征在于,包括:
根据感兴趣区域的空间位置计算操控换能器每个阵元的延迟时间,根据延迟时间产生操控换能器的激励信号,激励相应的阵元发射声波,各阵元发射的声波传播至感兴趣区域并聚焦激励支架型体内植入结构振动;
支架型体内植入结构通过共振产生局域声场,载药微泡在局域声场作用下被支架型体内植入结构定点捕获和聚集,通过改变超声强度使得微泡破裂,释放药物颗粒。
9.一种用于体内微泡成像的方法,其特征在于,包括:
根据感兴趣区域的空间位置计算操控换能器每个阵元的延迟时间,根据延迟时间产生成像换能器的激励信号,激励相应的阵元发射声波,在所述空间合成焦点,对空间各点进行扫描;
从发射模式转换为接收模式,接收来自不同位置的回波信号,回波信号依次经过前置放大、A/D采集以及时间增益补偿后;根据不同空间点的延迟时间对回波信号进行波束合成;
波束合成后的回波信号依次进行直流滤波、I/Q解调和带通滤波后,从回波信号中提取出其中的基波成分和谐波成分;
根据得到的基波成分和谐波成分进行图像重建和显示。
10.如权利要求9所述的一种用于体内微泡成像的方法,其特征在于,得到的基波成分和谐波成分依次经过包络提取、对数压缩、图像处理和扫描变换后得到成像结果并显示;对谐波成分进行壁滤波器处理,进一步获得只含有捕获微泡而不含有流动微泡的超声图像。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910661995.9A CN110339494B (zh) | 2019-07-22 | 2019-07-22 | 一种用于体内微泡操控及成像的装置和方法 |
PCT/CN2019/123392 WO2021012579A1 (zh) | 2019-07-22 | 2019-12-05 | 一种用于体内微泡操控及成像的装置和方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910661995.9A CN110339494B (zh) | 2019-07-22 | 2019-07-22 | 一种用于体内微泡操控及成像的装置和方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110339494A true CN110339494A (zh) | 2019-10-18 |
CN110339494B CN110339494B (zh) | 2020-10-16 |
Family
ID=68179635
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910661995.9A Active CN110339494B (zh) | 2019-07-22 | 2019-07-22 | 一种用于体内微泡操控及成像的装置和方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110339494B (zh) |
WO (1) | WO2021012579A1 (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111544038A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-08-18 | 上海深至信息科技有限公司 | 一种云平台超声成像系统 |
CN111729188A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-10-02 | 南京超维景生物科技有限公司 | 超声引导的载药微泡递送方法及装置 |
WO2021012579A1 (zh) * | 2019-07-22 | 2021-01-28 | 山东大学齐鲁医院 | 一种用于体内微泡操控及成像的装置和方法 |
CN112603466A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-04-06 | 深圳先进技术研究院 | 不可逆声穿孔设备、装置及计算机可读存储介质 |
CN113974765A (zh) * | 2021-10-22 | 2022-01-28 | 清华大学 | 介入式除栓装置及促溶栓模块 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1917814A (zh) * | 2004-02-05 | 2007-02-21 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 使用谐波造影剂的灌注和血流超声成像 |
CN102113898A (zh) * | 2010-12-22 | 2011-07-06 | 西安交通大学 | 载药造影微泡的超声控制释放及其监控成像方法及微泡破坏量评价方法 |
CN104841060A (zh) * | 2014-02-13 | 2015-08-19 | 张海军 | 一种超声控释药物洗脱球囊导管及其制备方法 |
CN105854165A (zh) * | 2016-04-29 | 2016-08-17 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 体内定点给药装置及工作方法 |
US20180071505A1 (en) * | 2016-09-13 | 2018-03-15 | National Tsing Hua University | Ultrasonic device for transversely manipulating drug delivery carriers and method using the same |
US20180169444A1 (en) * | 2016-12-19 | 2018-06-21 | Michalakis Averkiou | Method and Apparatus for Ultrasonic Mediation of Drug Delivery Using Microbubbles |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110339494B (zh) * | 2019-07-22 | 2020-10-16 | 山东大学齐鲁医院 | 一种用于体内微泡操控及成像的装置和方法 |
-
2019
- 2019-07-22 CN CN201910661995.9A patent/CN110339494B/zh active Active
- 2019-12-05 WO PCT/CN2019/123392 patent/WO2021012579A1/zh active Application Filing
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1917814A (zh) * | 2004-02-05 | 2007-02-21 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 使用谐波造影剂的灌注和血流超声成像 |
CN102113898A (zh) * | 2010-12-22 | 2011-07-06 | 西安交通大学 | 载药造影微泡的超声控制释放及其监控成像方法及微泡破坏量评价方法 |
CN104841060A (zh) * | 2014-02-13 | 2015-08-19 | 张海军 | 一种超声控释药物洗脱球囊导管及其制备方法 |
CN105854165A (zh) * | 2016-04-29 | 2016-08-17 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 体内定点给药装置及工作方法 |
US20180071505A1 (en) * | 2016-09-13 | 2018-03-15 | National Tsing Hua University | Ultrasonic device for transversely manipulating drug delivery carriers and method using the same |
US20180169444A1 (en) * | 2016-12-19 | 2018-06-21 | Michalakis Averkiou | Method and Apparatus for Ultrasonic Mediation of Drug Delivery Using Microbubbles |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021012579A1 (zh) * | 2019-07-22 | 2021-01-28 | 山东大学齐鲁医院 | 一种用于体内微泡操控及成像的装置和方法 |
CN111544038A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-08-18 | 上海深至信息科技有限公司 | 一种云平台超声成像系统 |
CN111544038B (zh) * | 2020-05-12 | 2024-02-02 | 上海深至信息科技有限公司 | 一种云平台超声成像系统 |
CN111729188A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-10-02 | 南京超维景生物科技有限公司 | 超声引导的载药微泡递送方法及装置 |
WO2021258762A1 (zh) * | 2020-06-24 | 2021-12-30 | 南京超维景生物科技有限公司 | 超声引导的载药微泡递送方法及装置 |
CN111729188B (zh) * | 2020-06-24 | 2023-07-14 | 南京超维景生物科技有限公司 | 超声引导的载药微泡递送方法及装置 |
CN112603466A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-04-06 | 深圳先进技术研究院 | 不可逆声穿孔设备、装置及计算机可读存储介质 |
CN112603466B (zh) * | 2020-12-11 | 2022-07-19 | 深圳先进技术研究院 | 不可逆声穿孔设备、装置及计算机可读存储介质 |
CN113974765A (zh) * | 2021-10-22 | 2022-01-28 | 清华大学 | 介入式除栓装置及促溶栓模块 |
CN113974765B (zh) * | 2021-10-22 | 2022-09-06 | 北京荷清和创医疗科技有限公司 | 介入式除栓装置及促溶栓模块 |
WO2023066200A1 (zh) * | 2021-10-22 | 2023-04-27 | 北京荷清和创医疗科技有限公司 | 促溶栓模块及介入式除栓装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110339494B (zh) | 2020-10-16 |
WO2021012579A1 (zh) | 2021-01-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110339494A (zh) | 一种用于体内微泡操控及成像的装置和方法 | |
Aziz et al. | Medical imaging of microrobots: Toward in vivo applications | |
Yuh et al. | Delivery of systemic chemotherapeutic agent to tumors by using focused ultrasound: study in a murine model | |
Paliwal et al. | Ultrasound-induced cavitation: applications in drug and gene delivery | |
JP5702780B2 (ja) | カテーテルシステム | |
Wible Jr et al. | Microbubbles induce renal hemorrhage when exposed to diagnostic ultrasound in anesthetized rats | |
Sheeran et al. | Phase-transition thresholds and vaporization phenomena for ultrasound phase-change nanoemulsions assessed via high-speed optical microscopy | |
CN110801267B (zh) | 一种低强度聚焦涡旋声场辅助的超声精细高效溶栓系统 | |
JP2019528807A (ja) | 実体物の抽出および送達のための方法および装置 | |
Yeh et al. | A targeting microbubble for ultrasound molecular imaging | |
CN106039604B (zh) | 基于超声空化损伤建立动脉粥样硬化斑块动物模型的方法与血管内皮损伤装置 | |
CA2610561A1 (en) | Ultrasound treatment system | |
FR2541108A1 (fr) | Procede de production d'images par ultrasons | |
WO2017124912A1 (zh) | 双聚焦超声探头和稀疏阵列光声断层成像系统 | |
US20070161944A1 (en) | Method of introducing ultrasonic drug and apparatus thereof | |
CN105854165B (zh) | 体内定点给药装置 | |
Fournier et al. | Microbubbles for human diagnosis and therapy | |
EP2654551B1 (en) | Photo-acoustic signal enhancement with microbubble-based contrast agents | |
Su et al. | Ultrasonic implantation and imaging of sound-sensitive theranostic agents for the treatment of arterial inflammation | |
JP2002515887A (ja) | 診断および治療における中空マイクロカプセルの使用 | |
Toulemonde et al. | Flow visualization through locally activated nanodroplets and high frame rate imaging | |
Mulvana et al. | Enhanced gene transfection in vivo using magnetic localisation of ultrasound contrast agents: preliminary results | |
JP2022513542A (ja) | 高感度分子解析のための組成及び方法 | |
JP2004000620A (ja) | 超音波診断装置 | |
Zhang et al. | Ultrasound monitoring of magnet-guided delivery of mesenchymal stem cells labeled with magnetic lipid–polymer hybrid nanobubbles |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |