CN117414541A - 一种颅内聚焦超声辐照系统 - Google Patents
一种颅内聚焦超声辐照系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117414541A CN117414541A CN202311346079.9A CN202311346079A CN117414541A CN 117414541 A CN117414541 A CN 117414541A CN 202311346079 A CN202311346079 A CN 202311346079A CN 117414541 A CN117414541 A CN 117414541A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- brain
- module
- focused ultrasound
- intracranial
- irradiation system
- 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.)
- Pending
Links
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 title claims abstract description 108
- 238000007917 intracranial administration Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 claims abstract description 62
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 44
- 238000002610 neuroimaging Methods 0.000 claims abstract description 35
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 13
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 13
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 8
- 206010002091 Anaesthesia Diseases 0.000 claims description 5
- 230000037005 anaesthesia Effects 0.000 claims description 5
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 2
- 210000005013 brain tissue Anatomy 0.000 abstract description 24
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 abstract description 6
- 238000013500 data storage Methods 0.000 abstract description 2
- 241000700159 Rattus Species 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 230000008499 blood brain barrier function Effects 0.000 description 12
- 210000001218 blood-brain barrier Anatomy 0.000 description 12
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 12
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 description 8
- 238000011503 in vivo imaging Methods 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 5
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 5
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 5
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 5
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 5
- 230000002490 cerebral effect Effects 0.000 description 4
- HVYWMOMLDIMFJA-DPAQBDIFSA-N cholesterol Chemical compound C1C=C2C[C@@H](O)CC[C@]2(C)[C@@H]2[C@@H]1[C@@H]1CC[C@H]([C@H](C)CCCC(C)C)[C@@]1(C)CC2 HVYWMOMLDIMFJA-DPAQBDIFSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 3
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 description 3
- 238000000799 fluorescence microscopy Methods 0.000 description 3
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 description 3
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 3
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 3
- 208000032382 Ischaemic stroke Diseases 0.000 description 2
- PIWKPBJCKXDKJR-UHFFFAOYSA-N Isoflurane Chemical compound FC(F)OC(Cl)C(F)(F)F PIWKPBJCKXDKJR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 2
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 2
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 235000012000 cholesterol Nutrition 0.000 description 2
- 238000013270 controlled release Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 210000003989 endothelium vascular Anatomy 0.000 description 2
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N ethylene glycol Natural products OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 229960002725 isoflurane Drugs 0.000 description 2
- 230000003902 lesion Effects 0.000 description 2
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 2
- 229960004692 perflenapent Drugs 0.000 description 2
- NJCBUSHGCBERSK-UHFFFAOYSA-N perfluoropentane Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F NJCBUSHGCBERSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 2
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 2
- 210000001578 tight junction Anatomy 0.000 description 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 2
- 208000014644 Brain disease Diseases 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 1
- 230000006931 brain damage Effects 0.000 description 1
- 231100000874 brain damage Toxicity 0.000 description 1
- 208000029028 brain injury Diseases 0.000 description 1
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 1
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 1
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 229940044683 chemotherapy drug Drugs 0.000 description 1
- -1 cholesterol Chemical class 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 1
- 238000001215 fluorescent labelling Methods 0.000 description 1
- 102000034287 fluorescent proteins Human genes 0.000 description 1
- 108091006047 fluorescent proteins Proteins 0.000 description 1
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 210000001259 mesencephalon Anatomy 0.000 description 1
- 125000000956 methoxy group Chemical group [H]C([H])([H])O* 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 108010052853 pVEC peptide Proteins 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000010412 perfusion Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000002504 physiological saline solution Substances 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 1
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 1
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 210000003556 vascular endothelial cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 1
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
- A61B5/0075—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by spectroscopy, i.e. measuring spectra, e.g. Raman spectroscopy, infrared absorption spectroscopy
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2576/00—Medical imaging apparatus involving image processing or analysis
- A61B2576/02—Medical imaging apparatus involving image processing or analysis specially adapted for a particular organ or body part
- A61B2576/026—Medical imaging apparatus involving image processing or analysis specially adapted for a particular organ or body part for the brain
-
- 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
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Surgical Instruments (AREA)
Abstract
本发明公开了一种颅内聚焦超声辐照系统，近红外脑成像装置具有近红外光发射探头和近红外光接收探头；聚焦超声换能器具有通孔，近红外光发射探头和近红外光接收探头均设置在聚焦超声换能器的通孔上方；脑立体精准超声辐射系统固定于三维位移感应智能装置的衔接臂上。本发明通过近红外光发射探头和近红外光接收探头能精准捕获实际动物的脑组织的相关信息，并将信号传递给主机，通过调用系统数据储存库中的能够与近红外脑成像相匹配的脑图谱精准引导三维位移感应智能装置运行确保超声精准辐照脑组织目标区域，从而解决传统脑立体定位仪以同一张脑图谱作为所有动物的指示而带来的巨大误差。
Description
技术领域
本发明属于生物医学工程技术应用技术领域，具体涉及一种颅内聚焦超声辐照系统。
背景技术
聚焦超声(focused ultrasound，FUS)辐照微泡震荡、甚至坍塌过程的机械作用可在细胞膜或血管内皮细胞之间形成短暂的空隙，是一种靶向缺血性脑卒中病灶的ENA可控转运的潜在治疗手段，其具有可控、无毒、超声监控、成本低等特点。特别是微泡在聚焦超声作用下振荡或坍塌的过程，可与脑血管内皮相互作用，拉伸紧密连接，局部、短暂、可逆地增加血脑屏障的通透性，这对装载化疗药物、抗体、基因甚至细胞等载体的缺血性脑卒中靶向积累具有巨大的应用潜力。
专利公开号为CN104994903A，名称为用于超声介导药物递送的仪器和方法的专利申请，用于将药物超声波介导递送到病变组织的方法和仪器。使用具有一定频率的超声束并将其聚焦的所述装置提供作用于药物和周围流体上的超声波辐射力，其产生药物的对流并补偿所缺乏的压力梯度。为了操纵封装的药物并且还刺激药物传输透过如细胞膜或血脑屏障的生物膜，所述装置使用具有高机械指数的低频波束。装置额外的对组织的超声波加热的使用，以便增加血流量和操作温度敏感性的粒子。该专利申请虽然能够利用超声装置刺激药物传递，但该专利申请应用于脑部时，由于难以确定辐照的准确位置，可能会导致治疗过程中误伤脑部其它非治疗部位。
专利公开号为CN111407257A，名称为经颅超声作用下同步采集动物颅内神经电信号的装置的专利申请，由用于产生设定重复频率的脉冲触发信号的第一信号发生器和相连的用于产生设定的单脉冲序列的第二信号发生器构成超声信号的输出激励；由连接第二信号发生器输出端的功率放大器，连接在功率放大器的输出端的超声换能器，设置在超声换能器周边的声准直器，以及一端设置在被测对象刺激区域的信号采集电极组和脑立体定位仪构成采集前端模块；由输入端连接信号采集电极组的另一端的微电极AC放大器构成信号处理模块，微电极AC放大器的输出端连接外部的数据采集系统。该专利申请通过调节脑立体定位仪，实现实验样本神经的精准靶向刺激，同时实时采集实验样本同一靶点的神经电生理信号。该专利申请虽然使用了脑立体定位仪引导超声对脑组织刺激，但该专利申请无法实现对超声焦域的监控，且使用的脑图谱与对象具有较大误差，不能准确调节、引导超声辐照脑组织的目标位置，在治疗过程中会对大脑造成不必要的损伤。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种颅内聚焦超声辐照系统，通过对脑部进行近红外脑成像，获得脑组织相关信息，从而调用主机储存的最合适的脑图谱，能够引导超声对脑部区域的精准刺激，并实时监测超声焦域、脑组织指标及调节超声辐照位置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种颅内聚焦超声辐照系统，包括：
三维位移感应智能装置，所述三维位移感应智能装置上设置有脑立体精准超声辐射系统；
主机，所述三维位移感应智能装置和脑立体精准超声辐射系统均与所述主机相通信；
其中，所述脑立体精准超声辐射系统固定于三维位移感应智能装置的衔接臂上；所述脑立体精准超声辐射系统包括近红外脑成像装置和聚焦超声辐射装置；所述近红外脑成像装置具有近红外光发射探头和近红外光接收探头；所述聚焦超声辐射装置包括聚焦超声换能器、单阵元换能器和水听器；所述聚焦超声换能器具有通孔，所述近红外光发射探头和近红外光接收探头均设置在所述聚焦超声换能器的通孔上方；所述主机具有近红外脑成像模块、脑立体定位模块、超声参数调节模块、超声监控模块、光声信号记录处理模块、三维控制模块和存储模块。
可选的，所述近红外脑成像模块、超声参数调节模块、超声监控模块、三维控制模块和存储模块均与所述光声信号记录处理模块相通信；所述近红外脑成像模块与所述脑立体定位模块相通信，所述脑立体定位模块与所述三维控制模块相通信；所述超声参数调节模块与所述超声监控模块相通信。
可选的，还包括操控面板集成组件，所述主机与所述操控面板集成组件相通信。
可选的，还包括显示屏，所述显示屏分别与所述主机和操控面板集成组件相通信。
可选的，所述脑立体精准超声辐射系统还包括外壳，所述近红外脑成像装置和聚焦超声辐射装置设置在所述外壳内，所述外壳与三维位移感应智能装置的衔接臂连接，所述外壳底部设置有透声透光的底膜。
可选的，所述单阵元换能器与水听器对称固定在所述外壳内壁的两侧。
可选的，所述聚焦超声换能器的聚焦超声焦域定位在所述底膜上。
可选的，所述脑立体精准超声辐射系统旁设置有呼吸麻醉机。
可选的，所述脑立体精准超声辐射系统下方设置有大小鼠固定装置。
可选的，所述聚焦超声辐射装置的超声参数被配置为3.6MPa，20Hz，100cycles，7s或3.6MPa，40Hz，200cycles，3s。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的一种颅内聚焦超声辐照系统，通过近红外光发射探头和近红外光接收探头可精准捕获实际动物的脑组织的相关信息，并将信号传递给主机，通过调用系统数据储存库中的能够与近红外脑成像相匹配的脑图谱精准引导三维位移感应智能装置运行确保超声精准辐照脑组织目标区域，从而解决传统脑立体定位仪以同一张脑图谱作为所有动物的指示而带来的巨大误差。
而且，聚焦超声换能器的中央具有通孔，能够保证近红外脑成像装置发射、接收的近红外光信号能够穿过下部的聚焦超声辐射装置；本发明利用近红外脑成像作为监控聚焦超声辐射脑组织过程的生物监测手段，能够避免聚焦超声对大脑产生损伤。
同时，通过水听器与单阵元换能器能够进一步协同监控聚焦超声的焦域声场特性、聚焦超声辐射区的空化信号。通过三维位移感应智能装置携载脑立体精准超声辐射系统定向位移，且结合脑图谱的引导直观地观测聚焦超声辐射脑组织的位置、区域。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。在附图中：
图1为本发明的一种颅内聚焦超声辐照系统的整体结构图；
图2为本发明的一种颅内聚焦超声辐照系统中脑立体精准超声辐射系统的正视图；
图3为本发明的一种颅内聚焦超声辐照系统中脑立体精准超声辐射系统的近红外光发射探头和近红外光接收探头分布的俯视图；
图4为本发明的一种颅内聚焦超声辐照系统中主机的结构图；
图5为本发明的一种颅内聚焦超声辐照系统的应用流程解析图；
图6为本发明中应用颅内聚焦超声辐照系统开放BBB的实验结果图；A，IVISLUMINA活体成像系统对RB标记的NALNDs在脑组织中累积的成像图；B，IVIS LUMINA活体成像的RB荧光强度统计分析结果；
图7为本发明中应用颅内聚焦超声辐照系统靶向控释外源核酸的实验结果图；A，IVIS LUMINA活体成像系统对GFP在脑组织中的荧光成像图；B，IVIS LUMINA活体成像的GFP荧光强度统计分析结果；
其中，1-主机、11-近红外脑成像模块、12-脑立体定位模块、13-超声参数调节模块、14-超声监控模块、15-光声信号记录处理模块、16-三维控制模块、17-存储模块、2-三维位移感应智能装置、3-脑立体精准超声辐射系统、4-操控面板集成组件、5-显示屏、6-呼吸麻醉机、7-大小鼠固定装置、30-聚焦超声焦域、31-近红外脑成像装置、31a-近红外光发射探头、31b-近红外光接收探头、31c-光源发射器、31d-信号转换器、32-聚焦超声辐射装置、32a-聚焦超声换能器、32b-单阵元换能器、32c-水听器、33-外壳、33a-底膜。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明的一种颅内聚焦超声辐照系统，包括：主机1、三维位移感应智能装置2、脑立体精准超声辐射系统3、操控面板集成组件4和显示屏5。
其中，所述三维位移感应智能装置2、脑立体精准超声辐射系统3和操控面板集成组件4均与所述主机1相通信。所述显示屏5分别与所述主机1和操控面板集成组件4相通信。
所述脑立体精准超声辐射系统3包括近红外脑成像装置31、聚焦超声辐射装置32和外壳33。
如图2所示，所述近红外脑成像装置31具有近红外光发射探头31a、近红外光接收探头31b、光源发射器31c和信号转换器31d；所述聚焦超声辐射装置32包括聚焦超声换能器32a、单阵元换能器32b和水听器32c；所述聚焦超声换能器32a的中央具有通孔，所述近红外光发射探头31a和近红外光接收探头31b均设置在所述聚焦超声换能器32a的通孔上方。所述外壳33用于携载近红外脑成像装置31和聚焦超声辐射装置32，且所述外壳33与三维位移感应智能装置2的衔接臂连接，其中，所述近红外脑成像装置31和聚焦超声辐射装置32均设置在所述外壳33内且所述近红外脑成像装置31设置在所述聚焦超声辐射装置32的上方。所述外壳33底部设置有底膜33a，且所述底膜33a透声透光。所述单阵元换能器32b与水听器32c对称固定在所述外壳33内壁的两侧，且所述单阵元换能器32b与所述水听器32c均朝向所述聚焦超声换能器32a的聚焦超声焦域30。所述聚焦超声换能器32a的聚焦超声焦域30定位在所述底膜33a的中央。具体的，所述水听器32c为针式水听器。
具体的，所述近红外光发射探头31a和近红外光接收探头31b均位于所述聚焦超声换能器32a的通孔上方。可选的，如图3所示，所述近红外光发射探头31a和近红外光接收探头31b按环形交错布置。所述光源发射器31c和信号转换器31d均设置在所述近红外光发射探头31a和近红外光接收探头31b的上方。
其中，所述光源发射器31c与所述近红外光发射探头31a的输入端相连；所述信号转换器31d与所述主机1相通信。所述近红外光接收探头31b能够感知不同波长范围的红外辐射，并通过信号转换器31d转化为数字或图像信号，将转换后的信号发送至光声信号记录处理模块15进行记录处理，进而实现对近红外辐射的检测。
如图4、图5所示，所述主机1具有近红外脑成像模块11、脑立体定位模块12、超声参数调节模块13、超声监控模块14、光声信号记录处理模块15、三维控制模块16和存储模块17。所述显示屏5能够显示近红外脑成像模块11的脑图像、脑立体定位模块12的脑图谱、三维控制模块16的运行程序设置、超声参数调节模块13的超声参数设置、超声监控模块14的声学特性结果和光声信号记录处理模块15的数据处理。
所述单阵元换能器32b用于监测聚焦超声辐射的空化信号，所述水听器32c能够监测声场的特性，并将声信号转换为电信号并发送至光声信号记录处理模块15处理。
所述主机1能够通过操控面板集成组件4操作三维位移感应智能装置2和脑立体精准超声辐射系统3。具体的，所述主机1能够通过操控面板集成组件4操作三维位移感应智能装置2调节脑立体精准超声辐射系统3的位置、通过操控面板集成组件4调节聚焦超声换能器32a的超声参数、单阵元换能器32b的开关、水听器32c的开关、控制近红外脑成像装置31发射、接收近红外光以及脑图谱的选择。所述存储模块17能够通过闪存、硬盘和云端的方式记录信息。具体的，所述近红外脑成像模块11、超声参数调节模块13、超声监控模块14、三维控制模块16和存储模块17均与所述光声信号记录处理模块15相通信；所述近红外脑成像模块11与所述脑立体定位模块12相通信，所述脑立体定位模块12与所述三维控制模块16相通信；所述超声参数调节模块13与所述超声监控模块14相通信。
所述脑立体精准超声辐射系统3旁设置有呼吸麻醉机6，能够对实验对象进行异氟烷呼吸麻醉。所述脑立体精准超声辐射系统3下方设置有大小鼠固定装置7，所述的大小鼠固定装置7底部设置有加热板，能够调节实验所需温度。
本发明使用时，首先通过近红外脑成像装置31扫描对象的脑组织，通过近红外光发射-接收探头精准捕获实际动物的脑组织的相关信息，并将信号传递给主机1，通过调用系统数据储存库中的能够与近红外脑成像相匹配的脑图谱。使聚焦超声辐射装置32的焦点在脑图谱上显示，通过脑图谱精准引导聚焦超声辐射装置32刺激脑组织的目标区域。
实施例1
利用本发明中的颅内聚焦超声辐照系统激发本发明中自制的纳米液滴(nucleicacid loaded nanodroplets,NALNDs)相变-空化的物理机制介导脑组织中血-脑屏障(BBB)的开放、控释外源核酸。
制得的NALNDs由带有阳离子特性的两亲性氟聚合物全氟癸酸-聚乙烯亚胺(C10F19-PEI)聚合物构成，全氟戊烷与疏水全氟化片段C10F19-高度相容，而且-PEI片段通过正负电位偶联设计携载外源核酸pEGFP-C1。此外，透明质酸-聚乙二醇-马来酰亚胺(HA-PEG-MAL)聚合物被选择来修饰NALNDs的表面，以增强其生物相容性和血清稳定性；而且，通过-MAL结合穿膜肽pVEC，进一步增强NALNDs穿越BBB在脑组织病灶的累积效果。NALNDs制备过程中还加入1,2-二棕榈酸-sn-甘油-3-磷胆碱、1,2-二棕榈酸-sn-甘油-3-磷酸、1,2-二硬脂酸-sn-甘油-3-磷酸醇胺-N-[甲氧基(聚乙二醇)-2000]、1,2-二硬脂酸-sn-甘油-3-磷酸醇胺-N-[氨基(聚乙二醇)-2000]和胆固醇等脂类，与C10F19-PEI共同包裹全氟戊烷。
为了验证大脑血管中流动的NALNDs在FUS辐照过程中相变-空化的过程可与脑血管内皮相互作用，拉伸紧密连接，局部、短暂、可逆地增加BBB的通透性。NALNDs制备过程中应用罗丹明B(RB)-胆固醇替换胆固醇，通过RB荧光标记显示NALNDs穿过BBB在脑实质中的累积。
pEGFP-C1只有在活细胞中才能表达GFP荧光蛋白作，可作为pEGFP-C1经超声空化成功的标志。
应用本发明中的颅内聚焦超声辐照系统开放BBB。首先，应用本发明中的颅内聚焦超声辐照系统激发NALNDs相变-空化开放BBB。将10周龄的雄性SD大鼠(200-250g)随机分为4组：正常鼠组、FUS处理组、NALNDs处理组、FUS+NALNDs处理组。大鼠经异氟烷呼吸麻醉后，将其头部固定于颅内聚焦超声辐照系统的大小鼠固定装置7中，随后调节三维位移感应智能装置2使得近红外脑成像装置31对大鼠脑部进行近红外脑成像；根据近红外脑成像调用相匹配的脑图谱，根据脑图谱设置三维位移感应智能装置2的运行程序；最后三维位移感应智能装置2携载脑立体精准超声辐射系统3对左脑组织目标区域进行FUS辐照。FUS参数由超声参数调节模块13设定，3.6MPa，20Hz，100cycles，7s。
FUS处理后1小时，使用生理盐水进行心脏灌注冲刷掉脑血管中的NALNDs，取出各组大鼠的脑组织，冠状切片成4个等间隔的部分，并通过IVIS LUMINA活体成像系统进行RB荧光成像。结果显示，FUS+NALNDs处理组中RB标记的NALNDs在左脑组织明显累积(图6A-B)，而正常鼠组、FUS处理组、NALNDs处理组中RB荧光强度并无显著性增加。
实施例2
应用本发明中的颅内聚焦超声辐照系统靶向控释外源核酸。基于上述实施例1实验操作，进一步验证应用本发明中的颅内聚焦超声辐照系统激发NALNDs相变-空化可靶向控释外源核酸pEGFP-C1。
将10周龄的雄性SD大鼠(200-250g)随机分为2组：NALNDs处理组、FUS+NALNDs处理组。尾静脉注射0.5mL NALNDs后10min,进行FUS处理激发NALNDs相变-空化开放BBB，FUS参数设置为3.6MPa，20Hz，100cycles，7s，具体操作参考上述实施例1部分。
FUS处理后，大鼠继续饲养2h，使得未经FUS活化的NALNDs有足够时间穿过开放的BBB而在脑实质中累积；随后，将大鼠再次麻醉，并再次进行FUS处理，FUS参数设置为3.6MPa，40Hz，200cycles，3s，具体操作参考上述实施例1部分。FUS处理后，大鼠继续饲养48h，大鼠饲养在独立无菌的IVC鼠笼中，自由饮食，饲养环境保持25℃、30％～50％湿度、12小时光/暗循环。
随后，取出各组大鼠的脑组织，冠状切片成4个等间隔的部分，并通过IVIS LUMINA活体成像系统进行GFP荧光成像。结果显示，FUS+NALNDs处理组得左脑组织中检测出显著的GFP荧光(图7A-B)，而NALNDs处理组的左脑组织并未观测到GFP荧光。
综上，应用本发明中的颅内聚焦超声辐照系统，融合近红外脑成像、脑图谱精准定位、三维智能位移、超声监控等优势，辅助FUS精准靶向可调地辐照脑组织目标区域，为多种脑部疾病的基因、药物、细胞等治疗手段的实施提供潜在策略。
在以上实施例中所涉及的设备元件如无特别说明，均为常规设备元件，所涉及的结构设置方式、工作方式或控制方式如无特别说明，均为本领域常规的设置方式、工作方式或控制方式。
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，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种颅内聚焦超声辐照系统，其特征在于，包括：
三维位移感应智能装置(2)，所述三维位移感应智能装置(2)上设置有脑立体精准超声辐射系统(3)；
主机(1)，所述三维位移感应智能装置(2)和脑立体精准超声辐射系统(3)均与所述主机(1)相通信；
其中，所述脑立体精准超声辐射系统(3)固定于三维位移感应智能装置(2)的衔接臂上；所述脑立体精准超声辐射系统(3)包括近红外脑成像装置(31)和聚焦超声辐射装置(32)；所述近红外脑成像装置(31)具有近红外光发射探头(31a)和近红外光接收探头(31b)；所述聚焦超声辐射装置(32)包括聚焦超声换能器(32a)、单阵元换能器(32b)和水听器(32c)；所述聚焦超声换能器(32a)具有通孔，所述近红外光发射探头(31a)和近红外光接收探头(31b)均设置在所述聚焦超声换能器(32a)的通孔上方；所述主机(1)具有近红外脑成像模块(11)、脑立体定位模块(12)、超声参数调节模块(13)、超声监控模块(14)、光声信号记录处理模块(15)、三维控制模块(16)和存储模块(17)。
2.根据权利要求1所述的一种颅内聚焦超声辐照系统，其特征在于，所述近红外脑成像模块(11)、超声参数调节模块(13)、超声监控模块(14)、三维控制模块(16)和存储模块(17)均与所述光声信号记录处理模块(15)相通信；所述近红外脑成像模块(11)与所述脑立体定位模块(12)相通信，所述脑立体定位模块(12)与所述三维控制模块(16)相通信；所述超声参数调节模块(13)与所述超声监控模块(14)相通信。
3.根据权利要求1所述的一种颅内聚焦超声辐照系统，其特征在于，还包括操控面板集成组件(4)，所述主机(1)与所述操控面板集成组件(4)相通信。
4.根据权利要求3所述的一种颅内聚焦超声辐照系统，其特征在于，还包括显示屏(5)，所述显示屏(5)分别与所述主机(1)和操控面板集成组件(4)相通信。
5.根据权利要求1所述的一种颅内聚焦超声辐照系统，其特征在于，所述脑立体精准超声辐射系统(3)还包括外壳(33)，所述近红外脑成像装置(31)和聚焦超声辐射装置(32)设置在所述外壳(33)内，所述外壳(33)与三维位移感应智能装置(2)的衔接臂连接，所述外壳(33)底部设置有透声透光的底膜(33a)。
6.根据权利要求5所述的一种颅内聚焦超声辐照系统，其特征在于，所述单阵元换能器(32b)与水听器(32c)对称固定在所述外壳(33)内壁的两侧。
7.根据权利要求5所述的一种颅内聚焦超声辐照系统，其特征在于，所述聚焦超声换能器(32a)的聚焦超声焦域(30)定位在所述底膜(33a)上。
8.根据权利要求1所述的一种颅内聚焦超声辐照系统，其特征在于，所述脑立体精准超声辐射系统(3)旁设置有呼吸麻醉机(6)。
9.根据权利要求1所述的一种颅内聚焦超声辐照系统，其特征在于，所述脑立体精准超声辐射系统(3)下方设置有大小鼠固定装置(7)。
10.根据权利要求1所述的一种颅内聚焦超声辐照系统，其特征在于，所述聚焦超声辐射装置(32)的超声参数被配置为3.6MPa，20Hz，100cycles，7s或3.6MPa，40Hz，200cycles，3s。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311346079.9A CN117414541A (zh) | 2023-10-17 | 2023-10-17 | 一种颅内聚焦超声辐照系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311346079.9A CN117414541A (zh) | 2023-10-17 | 2023-10-17 | 一种颅内聚焦超声辐照系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117414541A true CN117414541A (zh) | 2024-01-19 |
Family
ID=89522176
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311346079.9A Pending CN117414541A (zh) | 2023-10-17 | 2023-10-17 | 一种颅内聚焦超声辐照系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117414541A (zh) |
-
2023
- 2023-10-17 CN CN202311346079.9A patent/CN117414541A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wrede et al. | Real-time 3D optoacoustic tracking of cell-sized magnetic microrobots circulating in the mouse brain vasculature | |
| US12109440B2 (en) | Compositions, methods and systems for gas vesicle based cavitation | |
| CN104383646B (zh) | 一种超声介入治疗系统 | |
| EP1813304B1 (en) | Apparatus for introducing a drug with ultrasounds | |
| KR20180116345A (ko) | 경두개 진단 및 치료 절차를 위한 환자 맞춤형 헤드셋 | |
| US20230000469A1 (en) | Systems and methods for providing tissue information in an anatomic target region using acoustic reflectors | |
| CN101698121B (zh) | 促进药物透过血脑屏障的适型超声系统 | |
| JP2015521490A (ja) | ニューロナビゲーションガイド下集束超音波システム及びその方法 | |
| US20100016765A1 (en) | Integrated spect imaging and ultrasound therapy system | |
| CN101301210B (zh) | 超声波摄像系统 | |
| CN106037804A (zh) | 一种脑部病变区域的定位系统 | |
| JP6779864B2 (ja) | 超音波診断治療装置 | |
| Montaldo et al. | Functional ultrasound neuroimaging | |
| Stewart et al. | A prototype therapeutic capsule endoscope for ultrasound-mediated targeted drug delivery | |
| JP4677557B2 (ja) | 超音波プローブ及びそれを用いたカテーテル並びにその製造方法 | |
| EP2654551B1 (en) | Photo-acoustic signal enhancement with microbubble-based contrast agents | |
| Stewart et al. | Acoustic sensing and ultrasonic drug delivery in multimodal theranostic capsule endoscopy | |
| Wrede et al. | Acoustic trapping and manipulation of hollow microparticles under fluid flow using a single-lens focused ultrasound transducer | |
| Lee et al. | Calcium-modified silk patch as a next-generation ultrasound coupling medium | |
| CN109513104A (zh) | 一种基于声诱导微孔阵列的疫苗经皮递送装置 | |
| Gong et al. | Non-invasive hybrid ultrasound stimulation of visual cortex in vivo | |
| Tseng et al. | Region-specific effects of ultrasound on individual neurons in the awake mammalian brain | |
| CN109414254A (zh) | 控制设备、控制方法、控制系统及程序 | |
| CN117414541A (zh) | 一种颅内聚焦超声辐照系统 | |
| EP4059438B1 (en) | Ultrasound-guided drug-loaded microbubble delivery method and apparatus |
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 |