CN111387941A - 声光一体化显像与治疗系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了声光一体化显像与治疗系统及方法，包括一个显像单元，显像单元包括一个脉冲激光发生器和一个超声诊断探头；脉冲激光发生器用于向感兴趣区发射脉冲激光、触发光声效应，超声诊断探头用于接收脉冲激光触发产生的超声波，形成声电信号；包括一个激光治疗单元，激光光治疗单元用于发射激光从而实现光热治疗以及可能的光免疫治疗；包括一个超声治疗单元，超声治疗单元用于发射声波，实现热消融治疗以及可能的热免疫治疗。本发明将超声成像、光声成像两种成像模态整合，实现多模态显像，病灶定位更精准；集合了多种治疗模式，提高疾病治疗效率，为疾病的术前诊断、残留病灶评估、实时疗效监测以及预后预测提供了有力工具。

Description

声光一体化显像与治疗系统及方法

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，特别涉及声光一体化显像与治疗系统及方法。

背景技术

超声波作为能量传递的有效形式，在疾病显像诊断、热疗、介导药物、基因递送中发挥了巨大的作用。激光因其传播方向稳定、能量大、颜色纯等特性，亦可被用于医学诊断和治疗。当前已有以超声、激光为能量来源的疾病诊疗模式，例如以高能聚焦超声为治疗方法的热消融治疗是通过超声机械波精准聚焦到病灶部位，产生60℃-100℃的瞬时高温，使病灶组织达到凝固性坏死，进而实现病灶非侵入性地清除。以激光为媒介的光热治疗法则是利用具有较高光热转换效率的材料，将其注射入人体内部，利用靶向性识别技术聚集在肿瘤组织附近，在外部光源的照射下将光能转化为热能来杀死癌细胞。然而，由于外源能量衰减、机体组织吸收等干扰，采用单一诊疗方法时通常需要采用高能量才能满足实际临床需求。而高能量治疗方法则会引起诸多机体组织副作用，如使表皮软组织红肿、烧灼伤等，尤其是深部的软组织烧灼伤，有可能会导致深部的软组织出现坏死、感染的情况。因此，将超声和激光联合使用时，可发挥两种诊疗方法优势，达到预期治疗效果时所需能量远远小于单一的激光或者超声诊疗方法，对机体组织的副作用较小。

另一方面，超声成像和光声成像均属于非入侵、非电离的无损伤的成像技术，具有优良的安全性和便携性。将两者联合使用，可发挥超声成像和光声成像的各自优点，具有较好的成像深度和空间分辨率，同时亦可对病灶组织进行结构分析、功能成像和弹性成像，获取更多的病理、生理信息。有报道将两者成像模式联合应用，但目前为止还没有一种将以超声波和激光为媒介的诊断和治疗系统整合为一体。因而，在超声/光声双模态成像的基础上，结合以超声、激光为介质的治疗方法，研发声光一体化显像与治疗系统及方法具有极大的潜力和广阔的应用前景。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种能同时使用超声波和激光作为诊断治疗介质的声光一体化显像与治疗系统及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

声光一体化显像与治疗系统，包括一个显像单元，所述显像单元包括一个脉冲激光发生器和一个超声诊断探头，所述脉冲激光发生器分出两个激光光纤，两个激光光纤位于所述超声诊断探头的两端；所述脉冲激光发生器用于向感兴趣区发射脉冲激光、触发光声效应，所述超声诊断探头用于接收脉冲激光触发产生的超声波或者接收自身发射出的超声波，形成声电信号；

包括一个激光治疗单元，所述激光治疗单元用于发射激光从而实现光热治疗以及可能的光免疫治疗；

包括一个超声治疗单元，所述超声治疗单元用于发射声波，引发感兴趣区局部高温，实现热消融治疗以及可能的热免疫治疗。

进一步，所述激光治疗单元为连续激光发生器。

进一步，所述超声治疗单元为聚焦超声探头。

进一步，包括用于增强感兴趣区光声显像的光声显影剂。

进一步，包括用于增强感兴趣区超声显像的超声显影剂。

进一步，所述光声显影剂含有用于提升显像与治疗效果的成分，所述成分包括相变试剂、光敏剂、药物、治疗基因、免疫佐剂中的一种或多种。

进一步，所述超声显影剂含有用于提升显像与治疗效果的成分，所述成分包括相变试剂、光敏剂、药物、治疗基因、免疫佐剂中的一种或多种。

本发明还提供了一种采用上述声光一体化显像与治疗系统的治疗方法，包括如下步骤：

步骤1：使用光声显像或者超声显像对病灶进行定位、显像，光声显像须使用脉冲激光发生器和超声诊断探头共同完成，超声显像使用超声诊断探头完成；

步骤2：使用连续激光发生器与/或聚焦超声探头辐照病灶进行治疗；

步骤3：在治疗过程中，使用光声显像或者超声显像对治疗情况进行实时监控，光声显像须使用脉冲激光发生器和超声诊断探头共同完成，超声显像使用超声诊断探头完成。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的有益效果：

本发明将超声成像、光声成像两种成像模态整合，实现多模态显像，病灶定位更精准。集合了光热治疗、热消融治疗以及化疗、基因治疗、免疫治疗等多种治疗模式，提高疾病治疗效率。借助靶向修饰的显影剂在分子层面靶向识别病灶；基于光致相变、声致相变，通过外源物理刺激，定点触发携载相变试剂的显影剂发生液气相转变，靶向释放所携载的功能元件，发挥靶向治疗作用，使疾病的诊断与治疗更精准。同时，联合“超声图像定量分析”，可实时评估感兴趣区显像与治疗效果。

在恶性肿瘤、心血管疾病、脑卒中、阿尔兹海默症等疾病的临床精确诊断与靶向治疗研究中具有重要意义，为疾病的术前诊断、靶向治疗、残留病灶评估、实时疗效监测以及预后预测提供了有力工具。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究，对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下。

图1为本发明结构示意图；图2左为乳腺癌荷瘤鼠模型的肿瘤组织超声成像图；图2右为乳腺癌荷瘤鼠模型的肿瘤组织光声成像图；图3左为单一治疗系统效果图，图3右为声光一体化治疗效果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的声光一体化显像与治疗系统，包括一个显像单元，显像单元包括一个脉冲激光发生器1和一个超声诊断探头2，脉冲激光发生器1分出两个激光光纤，两个激光光纤位于超声诊断探头2的两端；脉冲激光发生器1用于向感兴趣区发射脉冲激光、触发光声效应，脉冲激光的波长范围为近红外I区650-980nm、II区激光1000-1700nm，脉冲频率0-40Hz可调；超声诊断探头2用于接收脉冲激光触发产生的超声波或者接收自身发射出的超声波，形成声电信号；超声诊断探头发射的超声波频率范围为2～50MHz。

包括一个激光治疗单元3，激光治疗单元3用于发射激光从而实现光热治疗以及可能的光免疫治疗；

包括一个超声治疗单元4，超声治疗单元4用于发射声波，引发感兴趣区5局部高温，实现热消融治疗以及可能的热免疫治疗。

作为进一步的优选方案，激光治疗单元3为连续激光发生器3。连续激光的波长包括不限于常用的近红外光I区和II区单波长光源660nm，808nm，1064nm等，也包括涵盖近红外光I区和II区的多波长光源；连续激光的能量为0～30W/cm²。可根据实际需要，调节连续激光的触发时刻、波长、能量、持续时间。

作为进一步的优选方案，超声治疗单元4为聚焦超声探头4。聚焦超声探4头发射的超声波的频率范围为0.5～5MHz，能量范围0～60W。功率为0-10W时可触发显影剂液气相变。可根据实际需要，调节聚焦超声波的触发时刻、触发频率、能量、持续时间均可自主调节。

作为进一步的优选方案，包括用于增强感兴趣区5光声显像的光声显影剂。常用的光声显影剂有吲哚菁绿、金纳米棒、纳米炭等。本实施例在进行光声显影前注射吲哚菁绿，增强光声成像。

作为进一步的优选方案，包括用于增强感兴趣区5超声显像的超声显影剂如：超声气泡造影剂、相变液滴等。其中，相变液滴可在近红外激光或聚焦超声辐照下，产生液气相转变，形成气泡，进而增强感兴趣区5超声显像。同时，液滴发生液气相转变，靶向释放所携载的功能元件，发挥定点靶向治疗作用。

作为进一步的优选方案，光声显影剂含有用于提升显像与治疗效果的功能元件，功能元件包括光敏剂、药物、治疗基因、免疫佐剂中的一种或多种。其中光敏剂等吸光物质可将光能转化为热能，触发感兴趣区5的光热治疗效应。药物、治疗基因则发挥化疗及基因治疗作用。免疫佐剂：可在光免疫治疗、热免疫治疗基础上，进一步触发机体免疫反应，提高综合治疗治疗效果。

作为进一步的优选方案，超声显影剂含有用于提升显像治疗效果的功能元件，功能元件包括光敏剂、药物、治疗基因、免疫佐剂中的一种或多种。

本发明还提供了一种采用上述声光一体化显像与治疗系统的治疗方法，包括如下步骤：

步骤1：使用光声显像或者超声显像对病灶进行定位、显像，光声显像须使用脉冲激光发生器和超声诊断探头共同完成，超声显像使用超声诊断探头完成；

步骤2：使用连续激光发生器与/或聚焦超声探头辐照病灶进行治疗；

步骤3：在治疗过程中，使用光声显像或者超声显像对治疗情况进行实时监控，光声显像须使用脉冲激光发生器和超声诊断探头共同完成，超声显像使用超声诊断探头完成。

脉冲激光与超声诊断探头可独立使用，亦可联合使用。光声成像时需联合使用脉冲激光与超声探头，超声成像时只需独立使用超声诊断探头。当使用超声成像时，超声诊断探头利用基波信号、谐波信号、弹性成像等显像。

图2清晰地显示了本发明的优越之处。对比图2左右两种成像图可知，超声成像可清晰显示肿瘤组织轮廓，而光声成像可精确定位瘤内显像剂分布(箭头所示)，本发明对肿瘤的靶向疗更精确。

连续激光与聚焦超声探头可独立使用，亦可联合使用。连续激光与聚焦超声探头联合使用时，各自所需能量、频率均小于单独使用时所需参数，安全性更高，能更大限度保护表面皮肤及组织，避免因高能量辐照引发的正常机体组织损伤。因连续激光与聚焦超声均能聚焦感兴趣区5，因此定位更加精准。

图3显示了本发明光声一体化治疗的优越效果。单独使用激光治疗后给动物组织造成了灼伤，使用本发明的声光一体化治疗后组织恢复良好，无灼伤等不良副作用。

本实施例还整合了具有超声组织定征功能的“DFY型超声图像定量分析诊断仪”，具体的超声图像定量化方法和结构部件设置可参见专利CN 103230648中的相关内容。联合脉冲激光发生器和超生诊断探头，可实时定量评价相变液滴发生液气相转变成气泡的数量，进而评估显像与治疗效果。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims (8)

1.声光一体化显像与治疗系统，其特征在于：包括一个显像单元，所述显像单元包括一个脉冲激光发生器和一个超声诊断探头，所述脉冲激光发生器分出两个激光光纤，两个激光光纤位于所述超声诊断探头的两端；所述脉冲激光发生器用于向感兴趣区发射脉冲激光、触发光声效应，所述超声诊断探头用于接收脉冲激光触发产生的超声波或者接收自身发射出的超声波，形成声电信号；

包括一个激光治疗单元，所述激光治疗单元用于发射激光从而实现光热治疗以及可能的光免疫治疗；

包括一个超声治疗单元，所述超声治疗单元用于发射声波，引发感兴趣区局部高温，实现热消融治疗以及可能的热免疫治疗。

2.根据权利要求1所述的声光一体化显像与治疗系统，其特征在于：所述激光治疗单元为连续激光发生器。

3.根据权利要求1所述的声光一体化显像与治疗系统，其特征在于：所述超声治疗单元为聚焦超声探头。

4.根据权利要求1所述的声光一体化显像与治疗系统，其特征在于：包括用于增强感兴趣区光声显像的光声显影剂。

5.根据权利要求1所述的声光一体化显像与治疗系统，其特征在于：包括用于增强感兴趣区超声显像的超声显影剂。

6.根据权利要求1或4所述的声光一体化显像与治疗系统，其特征在于：所述光声显影剂含有用于提升显像与治疗效果的功能元件，所述功能元件包括相变试剂、光敏剂、药物、治疗基因、免疫佐剂中的一种或多种。

7.根据权利要求1或5所述的声光一体化显像与治疗系统，其特征在于：所述超声显影剂含有用于提升显像与治疗效果的功能元件，所述功能元件包括相变试剂、光敏剂、药物、治疗基因、免疫佐剂中的一种或多种。

8.一种采用如权利要求1-7任一项所述声光一体化显像与治疗系统的治疗方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：使用光声显像或者超声显像对病灶进行定位、显像，光声显像须使用脉冲激光发生器和超声诊断探头共同完成，超声显像使用超声诊断探头完成；

步骤2：使用连续激光发生器与/或聚焦超声探头辐照病灶进行治疗；

步骤3：在治疗过程中，使用光声显像或者超声显像对治疗情况进行实时监控，光声显像须使用脉冲激光发生器和超声诊断探头共同完成，超声显像使用超声诊断探头完成。

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