CN112741706A - 制备扩散源的方法和装置及测量实体组织的细胞外间隙的生理参数的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备扩散源的方法，包括向被预埋于实体组织的微透析针中灌注含有能够透过微透析针的检测试剂的灌注液，将在一个灌注时刻检测试剂在实体组织中的分布区域定义为扩散源区，并在所述灌注时刻后将灌注液中检测试剂的浓度实时调整为与扩散源区中检测试剂的平均浓度保持一致。该制备扩散源的方法通过微透析针以浓度梯度驱动的渗透方式将检测试剂导入实体组织。该方法有效避免了针道逆流问题，可获得较为稳定的扩散源。本发明还提供了一种利用上述方法制备的扩散源测量实体组织的细胞外间隙的生理参数的方法。本发明还提供了一种制备扩散源的装置。
Description
技术领域
本发明涉及制备扩散源的方法和装置及测量实体组织的细胞外间隙的生理参数的方法，特别是制备较为稳定的扩散源的方法和装置及较为准确地测量实体组织的细胞外间隙的生理参数的方法。
背景技术
在测量实体组织的细胞外间隙的生理参数时，需要在实体组织内形成一个扩散源。目前，扩散源通过直接注射的方式来制备，过程中容易出现不同程度的针道逆流现象，导致扩散源不稳定，最终影响计算得到的细胞外间隙的生理参数的准确性。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备扩散源的方法，以获得较为稳定的扩散源，用于测量实体组织的细胞外间隙的生理参数。
本发明的另一个目的是提供一种测量实体组织的细胞外间隙的生理参数的方法，以较为准确地测量细胞外间隙的生理参数。
本发明的再一个目的是提供一种制备扩散源的装置，以获得较为稳定的扩散源，用于测量实体组织的细胞外间隙的生理参数。
本发明提供了一种制备扩散源的方法，其中，该扩散源用于测量实体组织的细胞外间隙的生理参数。该制备方法包括：向被预埋于实体组织的微透析针中灌注灌注液，灌注液中含有能够透过微透析针的检测试剂；以及将在一个灌注时刻检测试剂在实体组织中的分布区域定义为扩散源区，并在所述灌注时刻后将灌注液中检测试剂的浓度实时调整为与扩散源区中检测试剂的平均浓度保持一致。
该制备扩散源的方法，通过微透析针以浓度梯度驱动的渗透方式将检测试剂导入实体组织。该方法有效避免了针道逆流问题，可获得较为稳定的扩散源，利于提高测量实体组织的细胞外间隙的生理参数的准确性。该方法还可相对于直接注射减轻对组织的损伤。
在制备扩散源的方法的再一种示意性实施方式中，检测试剂为磁共振成像的对比剂，扩散源区中检测试剂的平均浓度通过磁共振成像法获得。借此便于实体组织内检测试剂的检测且检测信号较为稳定。
在制备扩散源的方法的还一种示意性实施方式中，检测试剂为钆喷酸葡胺（Gd-DTPA）。
在制备扩散源的方法的还一种示意性实施方式中，获得扩散源区中检测试剂的平均浓度的方法包括：将实体组织置于磁共振成像环境中；获取实体组织的扩散源区在磁共振成像环境中发出的信号；以及根据信号计算扩散源区内检测试剂的平均浓度。
在制备扩散源的方法的还一种示意性实施方式中，扩散源区为距离微透析针的半透膜1-2mm以内的区域。该扩散源区的大小有利于较为准确地测量实体组织的细胞外间隙的生理参数。
在制备扩散源的方法的还一种示意性实施方式中，实体组织为脑组织。
本发明还提供了一种测量实体组织的细胞外间隙的生理参数的方法。该测量方法包括：根据上述的制备扩散源的方法制备扩散源；检测检测试剂在实体组织内随时间的分布变化；以及根据分布变化计算实体组织的细胞外间隙的生理参数。该测量方法采用的制备扩散源的方法，通过微透析针以浓度梯度驱动的渗透方式将检测试剂导入实体组织。该测量方法有效避免了针道逆流问题，可获得较为稳定的扩散源，利于提高测量实体组织的细胞外间隙的生理参数的准确性。该测量方法还可相对于直接注射减轻对组织的损伤。
本发明还提供了一种制备扩散源的装置，其中，该扩散源用于测量实体组织的细胞外间隙的生理参数。该装置包括一个微透析针、一个供药单元以及一个控制单元。微透析针用于预埋于实体组织中。供药单元能够向微透析针提供灌注液，灌注液中含有能够透过微透析针的检测试剂，供药单元能够改变提供给微透析针的灌注液中检测试剂的浓度。将在一个灌注时刻检测试剂在实体组织中的分布区域定义为扩散源区，控制单元能够在所述灌注时刻后控制单元控制供药单元，以将提供给微透析针的灌注液中检测试剂的浓度实时调整为与扩散源区中检测试剂的平均浓度保持一致。该制备扩散源的装置，通过微透析针以浓度梯度驱动的渗透方式将检测试剂导入实体组织。该装置有效避免了针道逆流问题，可获得稳定的扩散源，利于提高测量实体组织的细胞外间隙的生理参数的准确性。该装置还可相对于直接注射减轻对组织的损伤。
在制备扩散源的装置的再一种示意性实施方式中，供药单元包括一个三通接头、一个第一进样装置、一个第二进样装置、以及一个给药泵。三通接头的一个第一口连通微透析针的进样端。第一进样装置的出样端连通三通接头的一个第二口，第一进样装置用于容纳和输送第一样液。第一样液中含有能够透过微透析针的检测试剂，且检测试剂的浓度为第一浓度。第二进样装置的出样端连通三通接头的一个第三口，第二进样装置用于容纳和输送第二样液。第二样液中含有检测试剂，且检测试剂的浓度为不同于第一浓度的第二浓度。给药泵能够分别控制第一进样装置和第二进样装置的出样速度。控制单元能够控制给药泵，以调节第一进样装置和第二进样装置的出样速度。通过这种供药单元给药，能够快速准确地改变提供给微透析针的灌注液中检测试剂的浓度，使其与扩散源区中检测试剂的平均浓度较好地保持一致，以利于保持扩散源稳定。
在制备扩散源的装置的还一种示意性实施方式中，制备扩散源的装置还包括一个磁共振成像设备，其能够测得实体组织的磁共振成像信号。控制单元能够根据磁共振成像信号计算扩散源区中检测试剂的平均浓度。通过该磁共振成像设备，可以全程动态监测实体组织，获得检测试剂的分布情况。
附图说明
以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
图1为用于说明制备扩散源的装置的一种示意性实施方式的结构示意图。
图2为不同灌注时刻大鼠脑部尾状核区的MR图像。
标号说明
10 微透析针
20 三通接头
31 第一进样装置
32 第二进样装置
40 给药泵
50 控制单元
60 磁共振成像设备
70 动物
80 供药单元。
具体实施方式
为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现结合以下实施例说明本发明的具体实施方式。
在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
在本文中，“相等”、“相同”等并非严格的数学和/或几何学意义上的限制，还包含本领域技术人员可以理解的且生产或使用等允许的误差。除非另有说明，本文中的数值范围不仅包括其两个端点内的整个范围，也包括含于其中的若干子范围。
实施例1：制备扩散源的装置。
图1为用于说明制备扩散源的装置的一种示意性实施方式的结构示意图。如图1所示，制备扩散源的装置包括一个微透析针10、一个供药单元80和一个控制单元50。
微透析针10也称微透析探针，其一端具有半透膜，灌注液通过微透析针10的进样端进入微透析针10内并接触半透膜，然后通过微透析针10的出样端排出微透析针10。微透析针10例如为公开号CN201987583U的中国专利中公开的微透析针。微透析针10用于预埋于动物70的实体组织（例如脑组织）中，具体地，当其预埋于动物70的实体组织中时，其半透膜接触实体组织，借此可通过渗透的方式向实体组织中导入能够透过微透析针10的半透膜的检测试剂。检测试剂例如为磁共振成像的对比剂等能够被检测并形成分布图像的试剂，磁共振成像的对比剂例如为Gd-DTPA。
供药单元80能够向微透析针10提供含有检测试剂的灌注液。供药单元80能够改变提供给微透析针10的灌注液中检测试剂的浓度。在本示意性实施方式中，供药单元80包括一个三通接头20、一个第一进样装置31、一个第二进样装置32以及一个给药泵40。第一进样装置31和第二进样装置32例如为微量进样针。三通接头20的一个第一口连通微透析针10的进样端。第一进样装置31的出样端连通三通接头20的一个第二口。第一进样装置31用于容纳和输送第一样液。第一样液中含有能够透过微透析针10的半透膜的检测试剂（例如Gd-DTPA），且检测试剂的浓度为第一浓度。第二进样装置32的出样端连通三通接头20的一个第三口，第二进样装置32用于容纳和输送第二样液。第二样液中含有能够透过微透析针10的半透膜的检测试剂（例如Gd-DTPA），且检测试剂的浓度为不同于第一浓度的第二浓度。给药泵40分别控制第一进样装置31和第二进样装置32的出样速度，借此调节通过三通接头20的第一口灌注给微透析针10的进样端的灌注液中检测试剂的浓度在第一浓度和第二浓度间变化。在其他示意性实施方式中，供药单元80也可以设置为其他结构。
将在一个灌注时刻检测试剂在实体组织中的分布区域定义为扩散源区，该灌注时刻下的扩散源区即为测量实体组织的细胞外间隙的生理参数所使用的扩散源。控制单元50能够在所述灌注时刻后控制供药单元80，以将提供给微透析针10的灌注液中检测试剂的浓度实时调整为与扩散源区中检测试剂的平均浓度基本保持一致，以使得灌注液中检测试剂的浓度基本随扩散源区中检测试剂的平均浓度的变化而变化。借此可在灌注时刻后尽量地减少检测试剂从微透析针10的半透膜进出实体组织，从而避免对扩散源的影响。
具体地，在本示意性实施方式中，控制单元50通过控制给药泵40来控制第一进样装置31和第二进样装置32的出样速度，借此调节通过三通接头20的第一口灌注给微透析针10的进样端的灌注液中检测试剂的浓度。
扩散源区为实体组织的包裹微透析针10的半透膜的区域，是大致以微透析针10的半透膜为中心的区域，例如可定义为距离微透析针的半透膜1-2mm以内的区域，其大小可通过控制定义扩散源区时对应的灌注时刻和灌注液中检测试剂的浓度实现。
在本示意性实施方式中，制备扩散源的装置还包括一个磁共振成像设备60，其能够测得实体组织的磁共振成像信号。当选用的检测试剂为磁共振成像的对比剂时，控制单元50能够根据磁共振成像信号计算扩散源区中检测试剂的平均浓度。在其他示意性实施方式中，磁共振成像设备60可根据选用的检测试剂的不同替换为相应的检测设备，以检测扩散源区中检测试剂的分布。
本示意性实施方式的制备扩散源的装置，通过微透析针以浓度梯度驱动的渗透方式将检测试剂导入实体组织。该装置有效避免了针道逆流问题，可获得稳定的扩散源，利于提高测量实体组织的细胞外间隙的生理参数的准确性。该装置还可相对于直接注射减轻对组织的损伤。
实施例2：制备扩散源的方法。
本实施例的制备扩散源的方法使用了实施例1的制备扩散源的装置。该制备扩散源的方法包括如下步骤：
a1、将麻醉并预埋有微透析针10的大鼠置于磁共振成像设备60的检测范围内，其中微透析针10预埋于大鼠的脑组织的尾状核区，具体地微透析针10的半透膜与脑组织接触；
a2、供药单元80向微透析针10提供含有检测试剂的灌注液，其中灌注液为含有检测试剂的生理盐水，检测试剂为Gd-DTPA；同时控制单元50控制供药单元80，使得灌注液中Gd-DTPA的浓度为15 mmol/L，灌注速度为2.0ul/min；灌注过程中使用磁共振成像设备60对大鼠的脑组织进行监测，获得大鼠的脑组织的磁共振成像信号并发送给控制单元50；
a3、当灌注达到40min的灌注时刻时，控制单元50通过磁共振成像设备60的检测结果分析得到大鼠的脑组织中的Gd-DTPA扩散形成一个距离微透析针10的半透膜大致1.54mm的分布区域。将该分布区域定义为扩散源区。控制单元50根据磁共振成像设备60的检测结果计算得到扩散源区中Gd-DTPA的平均浓度为0.4 mmol/L（计算方法可参见公开号CN102238908A的中国专利，也可替换为其他现有的计算方法）；此时的扩散源区即为测量实体组织的细胞外间隙的生理参数所使用的扩散源；其中磁共振成像设备60采用3D-梯度回波T1加权成像；
a4、在灌注达到40min的灌注时刻后，控制单元50控制供药单元80，将提供给微透析针10的灌注液中Gd-DTPA的浓度实时调整为与扩散源区中检测试剂的平均浓度保持一致，以使得灌注液中Gd-DTPA的浓度基本随扩散源区中Gd-DTPA的平均浓度的变化而变化，借此可在40min的灌注时刻后尽量地减少Gd-DTPA从微透析针10的半透膜进出实体组织，从而避免对扩散源的影响。
图2为磁共振成像设备60检测得到的不同灌注时刻大鼠脑部尾状核区的MR图像。图2A中为0min灌注时刻时大鼠脑部尾状核区时的MR图像。图2B中为15min灌注时刻时大鼠脑部尾状核区时的MR图像。图2C中为40min灌注时刻时大鼠脑部尾状核区时的MR图像。图2D中为160min灌注时刻时大鼠脑部尾状核区时的MR图像。其中箭头所指为微透析针的插入位置，可见整个过程中均未出现针道逆流现象。其中，图2D中所示，Gd-DTPA通过扩散到达微透析针的插入位置周围，并非针道逆流。
本示意性实施方式的制备扩散源的方法，通过微透析针以浓度梯度驱动的渗透方式将检测试剂导入实体组织。该方法有效避免了针道逆流问题，可获得较为稳定的扩散源，利于提高测量实体组织的细胞外间隙的生理参数的准确性。该方法还可相对于直接注射减轻对组织的损伤。
本示意性实施方式使用了实施例1的制备扩散源的装置，但不限于此，在其他示意性实施方式中，也可使用其他装置实现该方法。
在本示意性实施方式中，检测试剂为Gd-DTPA，但不限于此，在其他示意性实施方式中，检测试剂还可以是其他能够被检测并形成分布图像的试剂，例如荧光素。
实施例3：测量脑细胞外间隙的生理参数的方法。
该测量脑细胞外间隙的生理参数的方法包括如下步骤：
b1、根据实施例2的制备扩散源的方法制备扩散源；
b2、在实施例2的步骤a4实施的同时，用磁共振成像设备60检测检测试剂Gd-DTPA在大鼠的脑组织内随时间的分布变化，包括分布位置和不同位置浓度的变化；其中磁共振成像设备60采用3D-梯度回波T1加权成像；
b3、根据Gd-DTPA的分布变化利用已知方法计算大鼠的脑细胞外间隙的生理参数，如表明脑细胞外间隙的迂曲度λ、大脑中脑细胞外间隙与脑组织的体积比α、扩散系数D等，这样可以从检测试剂Gd-DTPA的扩散与清除情况，获得脑细胞外间隙的解剖结构和生理学参数。
例如，可以采用Nicholson公式计算脑细胞外间隙中组织间液的流动性能（可参见公开号CN102238908A的中国专利）。在其他示意性实施方式中，也可以使用现有的其他细胞外间隙的生理参数的计算方法。
本示意性实施方式所采用的制备扩散源的方法，通过微透析针以浓度梯度驱动的渗透方式将检测试剂导入实体组织。该测量方法有效避免了针道逆流问题，可获得较为稳定的扩散源，利于提高测量实体组织的细胞外间隙的生理参数的准确性。该测量方法还可相对于直接注射减轻对组织的损伤。
上述实施例中，实体组织虽然选用了大鼠的脑组织，但不限于此，在其他示意性实施方式中，还可以是其他的实体组织。
本发明中所述的实体组织是医学领域公知的，并且可包括任何粘着性的（cohesive）、空间上离散的、非流体限定的解剖学区室，该区室实质上是多细胞、细胞间、组织和/或器官结构的产物：该区室可包含结构完整性或者由相关联的结缔组织产生其结构完整性，并且可通过薄膜（例如，脑膜、围心膜、胸膜、粘膜、基底膜、网膜、器官包覆膜等）与其它身体区域隔开。实体组织的非限制性实例可包括脑、肝、肺、肾、前列腺、卵巢、脾脏、淋巴结（包括扁桃体）、甲状腺、胰腺、心脏、骨骼肌、肠、喉、食道和胃。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种制备扩散源的方法，所述扩散源用于测量实体组织的细胞外间隙的生理参数，其特征在于，所述方法包括：
向被预埋于实体组织的微透析针中灌注灌注液，所述灌注液中含有能够透过所述微透析针的检测试剂；以及
将在一个灌注时刻所述检测试剂在所述实体组织中的分布区域定义为扩散源区，并在所述灌注时刻后将所述灌注液中所述检测试剂的浓度实时调整为与所述扩散源区中所述检测试剂的平均浓度保持一致。
2.如权利要求1所述的制备扩散源的方法，其中所述检测试剂为磁共振成像的对比剂；所述扩散源区中所述检测试剂的平均浓度通过磁共振成像法获得。
3.如权利要求2所述的制备扩散源的方法，其中所述检测试剂为钆喷酸葡胺。
4.如权利要求2所述的制备扩散源的方法，其中获得所述扩散源区中所述检测试剂的平均浓度的方法包括：
将所述实体组织置于磁共振成像环境中；
获取所述实体组织的所述扩散源区在所述磁共振成像环境中发出的信号；以及
根据所述信号计算所述扩散源区内所述检测试剂的平均浓度。
5.如权利要求1所述的制备扩散源的方法，其中所述扩散源区为距离所述微透析针的半透膜1-2mm以内的区域。
6.如权利要求1所述的制备扩散源的方法，其中所述实体组织为脑组织。
7.一种测量实体组织的细胞外间隙的生理参数的方法，其特征在于，包括：
根据权利要求1至6中任一项所述的制备扩散源的方法制备扩散源；
检测所述检测试剂在所述实体组织内随时间的分布变化；以及
根据所述分布变化计算所述实体组织的细胞外间隙的生理参数。
8.一种制备扩散源的装置，所述扩散源用于测量实体组织的细胞外间隙的生理参数，其特征在于，所述装置包括：
一个微透析针（10），其用于预埋于实体组织中；
一个供药单元（80），其能够向所述微透析针（10）提供灌注液，所述灌注液中含有能够透过所述微透析针（10）的检测试剂，所述供药单元（80）能够改变提供给所述微透析针（10）的灌注液中所述检测试剂的浓度；以及
一个控制单元（50），将在一个灌注时刻所述检测试剂在所述实体组织中的分布区域定义为扩散源区，所述控制单元（50）能够在所述灌注时刻后控制所述供药单元（80），以将提供给所述微透析针（10）的灌注液中所述检测试剂的浓度实时调整为与所述扩散源区中所述检测试剂的平均浓度保持一致。
9.如权利要求8所述的制备扩散源的装置，其中，所述供药单元（80）包括：
一个三通接头（20），所述三通接头（20）的一个第一口连通所述微透析针（10）的进样端；
一个第一进样装置（31），其出样端连通所述三通接头（20）的一个第二口，所述第一进样装置（31）用于容纳和输送第一样液；所述第一样液中含有能够透过所述微透析针（10）的检测试剂，且所述检测试剂的浓度为第一浓度；
一个第二进样装置（32），其出样端连通所述三通接头（20）的一个第三口，所述第二进样装置（32）用于容纳和输送第二样液；所述第二样液中含有所述检测试剂，且所述检测试剂的浓度为不同于所述第一浓度的第二浓度；以及
一个给药泵（40），其能够分别控制所述第一进样装置（31）和所述第二进样装置（32）的出样速度；所述控制单元（50）能够控制所述给药泵（40），以调节所述第一进样装置（31）和所述第二进样装置（32）的出样速度。
10.如权利要求8所述的制备扩散源的装置，其中所述的装置还包括一个磁共振成像设备（60），其能够测得所述实体组织的磁共振成像信号；所述控制单元（50）能够根据所述磁共振成像信号计算所述扩散源区中所述检测试剂的平均浓度。
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