DE102005022817A1

DE102005022817A1 - Kontrastmittel für ein kombinierte Betriebsarten verwendendes Bildgebungssystem und zugehörige Verfahren und Systeme

Info

Publication number: DE102005022817A1
Application number: DE102005022817A
Authority: DE
Inventors: Stephen Johnson Lomnes; Egidijus Edward Uzgiris; Floribertus P.M. Jansen; Pavel Aleks'evič Fomitčov; Omayra Liz Padilla De Jesus
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2005-12-29
Also published as: EP1602381B1; EP1602381A1; ATE400303T1; DE602005007962D1; CN1701817A; US20070092447A1; JP2005325115A; US20050255044A1

Abstract

In Übereinstimmung mit Ausführungsbeispielen der vorliegenden Technik gehören zu einem kombinierte Verfahren nutzenden Bildgebungssystem (10) eine erste Bildgebungsvorrichtung einer ersten Modalität (12) und eine zweite Bildgebungsvorrichtung einer zweiten Modalität (14), die sich von der ersten Modalität (12) unterscheidet. Die erste und die zweite Bildgebungsvorrichtung sind beide eingerichtet, um mit einem für eine Verabreichung an eine Person (16) geeigneten Kontrastmittel (18) zu interagieren. Das Kontrastmittel (18) enthält ein verformbares Partikel, das eine Geometrie aufweist, die in Abhängigkeit von einer Emission der ersten Bildgebungsvorrichtung variiert. Das verformbare Partikel enthält ferner eine fluoreszierende Komponente (70), die eingerichtet ist, um eine durch die zweite Bildgebungsvorrichtung nachweisbare elektromagnetische Strahlung (28) auszustrahlen, und eine Löschungskomponente (72), die von der fluoreszierenden Komponente (70) durch einen Abstand getrennt ist, der auf der Geometrie basiert und eingerichtet ist, um einen Teil der von der fluoreszierenden Komponente (70) ausgestrahlten elektromagnetischen Strahlung (28) zu absorbieren.

Description

HINTERGRUND
Die Erfindung betrifft ganz allgemein das Gebiet diagnostischer Bildgebung und insbesondere ein Bildgebungsverfahren und ein System, das mit Farbstoffen und Löschsubstanzen konjugierte Kontrastmittel für eine Bildgebung einsetzt, die kombinierte Verfahren verwendet, z.B. optische und Ultraschallbildgebung.

In modernen Gesundheitseinrichtungen werden Systeme medizinischer Diagnose und Bildgebung häufig verwendet, um körperliche Verfassungen zu identifizieren, zu diagnostizieren und zu behandeln. Diagnostischer Bildgebung bezieht sich auf jede visuelle Wiedergabe struktureller oder funktioneller Muster von Organen oder Geweben für eine diagnostische Analyse. Die diagnostische Bildgebung schließt ein Messen der physiologischen und metabolischen Antworten auf physikalische oder chemische Stimulanzien oder eine Kombination davon ein. Gegenwärtig sind eine Reihe von Einrichtungen für die Medizindiagnostik und für Bildgebungssysteme vorhanden. Zu diesen zählen Ultraschallsysteme, optische Bildgebungssysteme, Computertomographie-(CT)-Systeme, Röntgensysteme (einschließlich sowohl herkömmlicher als auch digitaler oder digitalisierter Bildgebungssysteme), Positronenemissionstomographie-(PET)- Systeme, Einzelphotonemission-Computertomographie-(SPECT)-Systeme und Magnetresonanz-Tomographie-(MRT)-Systeme. In vielen Fällen kann eine endgültige Diagnose und Behandlung erst entschieden werden, nachdem ein behandelnder Arzt oder Röntgenologe herkömmliche Untersuchungen unter Verwendung einer oder mehrerer Bildgebungsverfahren durch detaillierte Bilder maßgebender Bereiche und Gewebe abgeschlossen hat.

Einige dieser Bildgebungssysteme konzentrieren sich eher auf eine Bildgebung der molekularen Prozesse, die mit einem Erkrankungsstadium einhergehen, als auf die Anatomie der Person. Dieser Typ einer Bildgebung wird im Allgemeinen als molekulare Bildgebung bezeichnet. Die geringfügigen Veränderungen physiologischer Aktivitäten, die eine Veränderung der molekularen Konzentrationen spezieller Substanzen auf der pikomolaren Ebene hervorrufen, können als frühe Warnsignale für Erkrankungen dienen. Ein Detektieren derartige Veränderungen erfordert eine in hohem Maße sensitive Bildgebungstechnik.

Gegenwärtig nutzt eine gut eingeführte Methode molekularer Bildgebung die Nuklearmedizin, bei der dem Patienten ein (sich in dem spezielle Zielgebiet sammelndes) Radiopharmazeutikum injiziert wird. Der Zerfall des Radiopharmazeutikums wird genutzt, um ein Bild der Biodistribution des Wirkstoffs zu konstruieren. Dieses Verfahren ist zwar sehr empfindlich, weist allerdings den Nachteil einer beschränkten räumlichen Auflösung und anatomischen Zuordnung auf und ist ferner mit dem Nachteil einer Belastung des Arztes und Patienten mit Strahlung behaftet.

Die optische Bildgebung ist eine alternative Form der molekularen Bildgebung, die auf dem Prinzip basiert, Licht bestimmter Wellenlängen in einen Patienten zu strahlen. Die optische Bildgebung verwendet im Allgemeinen beispielsweise einen infrarotnahen Bereich des Lichtspektrums. Zu den Vorteilen einer unter die Oberfläche reichenden optischen Bildgebung zählen die hochauflösenden visuellen Bilder und die problemlose Interpretierbarkeit der Bilder. Der Anwendungsbereich der Technik ist allerdings stark auf eine Bildgebung der Oberfläche des Körpers beschränkt. Die Beschränkungen dieses Verfahrens für die unter die Oberfläche reichende Bildgebung sind auf eine Absorption und Streuung des Lichts zurückzuführen. Im Falle einer unter die Oberfläche reichenden Bildgebung weist die optische Bildgebung eine verhältnismäßig unzureichende räumliche Auflösung und anatomische Zuordnung auf.

Im Gegensatz zu einer funktionellen Bildgebung, ist die Ultraschallbildgebung ein gut eingeführtes Verfahren, um auf raschem Wege Bilder von der Anatomie eines Patienten zu erhalten. Im Betrieb sendet ein Ultraschallbildgebungssystem eine Ultraschallwelle in eine Person und empfängt anschließend eine an der Grenzfläche zwischen Geweben unterschiedlicher akustischer Impedanz erzeugte reflektierte Welle. Die Position des Gewebes lässt sich basierend auf der Zeit der Ankunft und der approximierten Geschwindigkeit der reflektierten Welle berechnen. Auf diese Weise ist es möglich, mittels Ultraschallbildgebungssystemen die Gestalt und Position gewisser Anatomien zu identifizieren. Während diese Technik spezielle Vorteile, wie eine verkürzte Wartezeit für den Pa tienten, eine Beschleunigung der Untersuchung, usw., aufweist, ist der Hauptnachteil der Technik das starke Rauschen der Bilder. Um eine eindeutige Diagnose zu stellen, ist für die Interpretation der Bilder daher ein beträchtliches Maß an Erfahrung unabdingbar.

Angesichts der Vorteile und Nachteile dieser unterschiedlichen Bildgebungsverfahren, besteht ein Bedarf nach einer Technik, die dazu dient, die auf molekularer Ebene vorhandene hohe Empfindlichkeit funktioneller Bildgebungsverfahren (z.B. der optischen Bildgebung) mit der räumlichen Auflösung anatomischer Bildgebungsverfahren (z.B. Ultraschall) zu verbinden.

KURZBESCHREIBUNG

Mit knappen Worten dargestellt, enthält ein Kontrastmittel für ein kombinierte Einrichtungen verwendendes Bildgebungssystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein verformbares Partikel, das eine Geometrie aufweist, die sich in Abhängigkeit von einer Emission des kombinierte Einrichtungen verwendenden Bildgebungssystems verändert. Das verformbare Partikel enthält ferner eine fluoreszierende Komponente, die dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung abzugeben, und eine Löschungskomponente, die von der fluoreszierenden Komponente getrennt angeordnet und dazu eingerichtet ist, einen Teil der durch die fluoreszierende Komponente abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung zu absorbieren.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung gehören zu einem kombinierte Einrichtungen (Modalitäten) verwendenden Bildgebungssystem eine erste Bildgebungsvorrichtung für ein erstes Verfahren und eine zweite Bildgebungsvorrichtung für ein von dem ersten Verfahren abweichendes zweites Verfahren. Die erste und die zweite Bildgebungsvorrichtung sind beide dazu eingerichtet, um mit einem für eine Verabreichung an eine Person geeigneten Kontrastmittel zu interagieren. Das Kontrastmittel enthält ein verformbares Partikel, das eine Geometrie aufweist, die in Abhängigkeit von einer Emission der ersten Bildgebungsvorrichtung variiert. Das verformbare Partikel enthält ferner eine fluoreszierende Komponente, die eingerichtet ist, um eine durch die zweite Bildgebungsvorrichtung nachweisbare elektromagnetische Strahlung auszustrahlen, und eine Löschungskomponente (Quenchkomponente), die von der fluoreszierenden Komponente durch einen Abstand getrennt ist, der von der Geometrie abhängt und dazu eingerichtet ist, einen Teil der von der fluoreszierenden Komponente ausgestrahlten elektromagnetischen Strahlung zu absorbieren.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung gehört zu einem Verfahren zum Verwenden eines kombinierte Einrichtungen verwendenden Bildgebungssystems der Schritt, einer zu diagnostizierende Person eine Lösung eines Kontrastmittels zu verabreichen, das ein verformbares Partikel enthält. Das verformbare Partikel enthält eine fluoreszierende Komponente, die dazu eingerichtet ist, um elektromagnetische Strahlung auszustrahlen, die sich durch eine auf elektromag netischer Strahlung basierende Bildgebungsvorrichtung nachweisen lässt, und eine Löschungskomponente, die von der fluoreszierenden Komponente durch einen Abstand getrennt ist, der von einer Geometrie des verformbaren Partikels abhängt, wobei die Löschungskomponente dazu eingerichtet ist, einen Teil der durch die fluoreszierende Komponente emittierten elektromagnetischen Strahlung zu absorbieren. Die Löschungskomponente ist ferner in der Lage, mittels eines Mechanismus zur Übertragung von Fluoreszenzresonanzenergie eine Energieübertragung zu bewirken, ohne dass elektromagnetische Strahlung von der fluoreszierenden Komponente emittiert wird. Das Verfahren zum Verwenden des kombinierte Verfahren nutzenden Bildgebungssystems beinhaltet ferner die Schritte: Anwenden von von einem Ultraschallbildgebungssystem abgegebenen Ultraschallwellen auf einen interessierenden Bereich einer Ultraschallsonde in einen interessierenden Bereich der Person, Anwenden elektromagnetischer Strahlung mittels einer Quelle zur elektromagnetischen Anregung auf den interessierenden Bereich, Erfassen der reflektierten Ultraschallsignale mittels der Ultraschallsonde, Erfassen der von dem Kontrastmittel abgegebenen elektromagnetischen Strahlung mittels eines elektromagnetischen Strahlungsdetektors, Verarbeiten der erfassten Ultraschallsignale und der elektromagnetischen Strahlung, um zwei gesonderte jedoch sich deckende Bilder zu erhalten, und schließlich Wiedergeben der von dem kombinierte Verfahren nutzenden Bildgebungssystem erhaltenen Bilder.

ZEICHNUNGEN
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach dem Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlicher, in denen durchgängig übereinstimmende Teile mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind:
1 zeigt in einer schematischen Veranschaulichung ein kombinierte Einrichtungen nutzendes Bildgebungssystem gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine schematische Veranschaulichung eines Ultraschallbildgebungssystems für den Einsatz in dem mehrere Einrichtungen nutzenden Bildgebungssystem nach 1;
3 zeigt eine schematische Veranschaulichung eines optischen Bildgebungssystems für den Einsatz in dem mehrere Einrichtungen nutzenden Bildgebungssystem nach 1;
4 zeigt eine schematische Veranschaulichung eines alternativen Ausführungsbeispiels eines kombinierte Einrichtungen nutzenden Bildgebungssystems, wobei zu einer einzelnen Einheit gehören: eine Ultraschallsonde, eine auf der einen Seite der Ultraschallsonde angeordnete elektromagnetische Erregerquelle und ein auf einer gegenüberliegenden Seite der Ultraschallsonde angeordneter elektromagnetischer Strahlungsdetektor;
5 zeigt eine schematische Veranschaulichung eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels eines kombinierte Einrichtungen nutzenden Bildgebungssystems, bei dem eine einzige Einheit die Ultraschallsonde und an gegenüberliegenden Seiten der Ultraschallsonde angeordnete elektromagnetische Strahlungsdetektoren aufweist;
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kontrastmittels für den Einsatz in einem mehrere Einrichtungen nutzenden Bildgebungssystem, bei dem mehrere aus fluoreszierender Komponente – Löschungskomponente gebildete Paare an die Außenfläche eines verformbaren Partikels gebunden sind;
7 zeigt eine schematische Darstellung eines abgewandelten Ausführungsbeispiels des Kontrastmittels für den Einsatz in einem mehrere Einrichtungen nutzenden Bildgebungssystem, bei dem mehrere aus fluoreszierender Komponente – Löschungskomponente gebildete Paare an die Innenfläche eines verformbaren Partikels gebunden sind;
8 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren abgewandelten Ausführungsbeispiels des Kontrastmittels für den Einsatz in einem mehrere Einrichtungen nutzenden Bildgebungssystem, bei dem mehrere fluoreszierende und Löschungskomponenten innerhalb einer Schale eines verformbaren Partikels angeordnet sind;
9 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Kontrastmittels für den Einsatz in einem mehrere Einrichtungen nutzenden Bildgebungssystem, bei dem mehrere fluoreszierende und Löschungskomponenten in einzelnen Schalen angeordnet sind, die um einen zentralen komprimierbaren Kern herum eine innerhalb der anderen angeordnet sind;
10 veranschaulicht schematisch die Wechselwirkung zwischen Ultraschallwellen und einem in das Innere einer Person eingebrachten einzelnen Kontrastmittelpartikel, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Technik;
11 zeigt in einer schematischen Darstellung die Wechselwirkung zwischen der elektromagnetischen Strahlung und einem in das Innere einer Person eingebrachten einzelnen Kontrastmittelpartikel, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Technik;
12 zeigt in einer schematischen Darstellung die kombinierte Wechselwirkung zwischen Ultraschallwellen, elektromagnetischer Strahlung und einem in das Innere einer Person eingebrachten einzelnen Kontrastmittelpartikel, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Technik;
13 zeigt ein Flussdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren zum Verwenden eines kombinierte Einrichtungen nutzenden Bildgebungssystems veranschaulicht, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Technik; und
14 zeigt ein Flussdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren zum Verwenden eines Kontrastmittels veranschaulicht, gemäß Aspekten der vorliegenden Technik.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nun auf die Zeichnungen eingehend, und zwar zunächst auf 1, ist ein kombinierte Modalitäten oder Verfahren verwendendes Bildgebungssystem 10 schematisch veranschaulicht, zu dem gehören: eine erste Bildgebungseinrichtung 12, eine zweite Bildgebungseinrichtung 14, eine Person 16, der eine Lösung eines Kontrastmittels 18 injiziert wurde, und ein Displaysystem 20, das in der Lage ist, das von der ersten und zweiten Bildgebungseinrichtung erzeugte Bild auf einem Bildschirm wiederzugeben. Das Kontrastmittel 18 häuft sich im Wesentlichen in interessierenden Regionen an, z.B. in Tumoren, um die Bildgebung jener interessierenden Regionen zu verbessern. Wie weiter unten im Einzelnen erörtert, weisen spezielle Ausführungsbeispiele des Kontrastmittels 18 ein verformbares Partikel mit einer fluoreszierenden Komponente und einer Löschungskomponente auf, die gegenüber der fluoreszierenden Komponente beabstandet ist, so dass eine Veränderung der Geometrie des verformbaren Partikels den Abstand zwischen der fluoreszierenden und der Löschungskomponente verändert. Als Folge hiervon variiert die von dem Kontrastmittel 18 emittierte elektromagnetische Strahlung in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen der fluoreszierenden und der Löschungskomponente. Ein größerer Abstand führt zu einer entsprechenden Steigerung der Emission elektromagnetischer Strahlung, und ein geringerer Abstand hat eine entsprechend geringere Strahlung zur Folge. Im Betrieb vereinfacht diese zwischen der Strahlungsemission und dem Abstand vorhandene Korrelation, die auch als Forster-Resonanzenergietransfer bekannt ist, die Lokalisierung der von dem Kontrastmittel 18 emittierten Strahlung.
Gemäß Aspekten der vorliegenden Technik, fokussiert die erste Bildgebungseinrichtung 12 Druckwellen 24 einer gewünschten Frequenz in einem interessierenden Bereich 22 der Person 16 und nimmt aus dem interessierenden Bereich 22 reflektierte Druckwellen 26 entgegen, um ein Bild zu erhalten. Zu einem Ausführungsbeispiel der ersten Bildgebungseinrichtung 12 gehört beispielsweise eine Ultraschallsonde 32, die in einen interessierenden Bereich 22 Ultraschallwellen sendet und empfängt. In dem interessierenden Bereich 22 bewirken die Druckwellen 24 eine Veränderung der Geometrie des Kontrastmittels 18, wodurch die durch das Kontrastmittel 18 bei der Frequenz der Druckwellen 24 emittierte Fluoreszenz moduliert wird. Ausführungsbeispiele der zweiten Bildgebungseinrichtung 14 erfassen diese fluoreszierende Modulation, um ein optisches molekulares Bild zu erzeugen, das im Wesentlichen basierend auf dem Fokusbereich 22 zu lokalisieren ist. Im Betrieb sendet die zweite Bildgebungseinrichtung 14 elektromagnetische Strahlung 28 in den interessierenden Bereich 22 und verwendet anschließend die Wechselwirkung zwischen der ersten Bildgebungseinrichtung 12, dem Kontrastmittel 18 und der elektromagnetischen Strahlung 28, um ein Bild zu erzeugen. Das Displaysystem 20 ist in der Lage, die von den beiden unterschiedlichen Einrichtungen stammenden Bilder entweder getrennt oder als ein Verbundbild anzuzeigen, in dem die Bilder miteinander überlagert sind. Die vorliegende Technik verbindet die Vorteile der auf molekularer Ebene vorhandenen hohen Empfindlichkeit funktioneller Bildgebungsverfahren (z.B. op tischer Bildgebung) mit den Vorteilen einer hohen räumlichen Auflösung anatomischer Bildgebungsverfahren (z.B. einer Ultraschallbildgebung), um die Bildqualität und die Diagnose zu verbessern.
2 veranschaulicht eine exemplarische erste Bildgebungseinrichtung 12 als ein Ultraschallsystem 30, das eine Ultraschallsonde 32, ein Datenakquisitions- und Verarbeitungsmodul 34, eine Anwenderschnittstelle 36, ein Druckermodul 38 und ein Displaymodul 40 enthält.
Im Betrieb sendet die Ultraschallsonde 32 in einen interessierenden Bereich der Person 16 Ultraschallwellen 42 und empfängt diese von dort. Die Ultraschallsonde 32 enthält gemäß Aspekten der vorliegenden Technik mindestens entweder einen Ultraschalltransducer, einen piezoelektrischen Kristall, einen opto-akustischen Transducer und/oder eine mikroelektromechanische Systemvorrichtung, z.B. einen kapazitiven mikrobearbeiteten Ultraschalltransducer (cMUT). Wie für den auf dem Gebiet des Ultraschalls bewanderten Fachmann klar, gehorchen die Ultraschallwellen 42 hinsichtlich der Übertragung, der Reflexion und Brechung den Gesetzen geometrischer Optik. Außerdem vereinfacht die verhältnismäßig hohe Frequenz von Ultraschall ein fokussiertes Zielen der Ultraschallwellen 42 in entsprechender Weise. Während des Betriebs des Ultraschallsystems 30 beinhalten die von dem Objekt reflektierten Ultraschallwellen 42 Daten über die Dicke, Abmessung und Position vielfältiger Gewebe, Organe, Tumore und anatomischer Strukturen, die mit der abgestrahlten Ultraschallwelle in Beziehung stehen. In speziellen Ausführungsbeispielen kann die Ultraschallsonde 32 mit der Hand geführt oder mittels einer automatischen Anordnung mechanisch positioniert werden.
Das Datenakquisitions-, Steuerungs- und Verarbeitungsmodul 34 sendet und empfängt Daten von der Ultraschallsonde 32. Es regelt/steuert die Intensität, Breite, Dauer und Frequenz der durch die Ultraschallsonde 32 abgestrahlten Ultraschallwellen 42 und decodiert die Daten, die in den Ultraschallwellen 42 enthalten sind, die aus dem Fokusbereich 22 reflektiert werden, in unterscheidbare elektrische und elektronische Signale. Wenn die Daten gewonnen sind, wird das Bild des Objekts rekonstruiert, das innerhalb des interessierenden Bereichs 22 der Ultraschallsonde 32 lokalisiert ist.
Die Anwenderschnittstelle 36 kann eine Tastatur, eine Maus und andere Anwenderbetätigungseinrichtungen enthalten. Die Anwenderschnittstelle 36 kann verwendet werden, um die Einstellungen für die Ultraschalluntersuchung anzupassen und Pegelkonfigurationsänderungen des Systems zu bewirken. Die Anwenderschnittstelle 36 ist mit dem Datenakquisitions-, Steuerungs- und Verarbeitungsmodul 34 und dem Druckermodul 38 verbunden. Das Druckermodul 38 wird verwendet, um das gewonnene Ultraschallbild entweder als Grauwertbild oder in Farbe auszudrucken. Das Displaymodul 40 gibt ein rekonstruiertes Bild eines Objekts innerhalb des interessierenden Bereichs 22 der Person 16 wieder, das auf von dem Datenakquisitions- und Verarbeitungsmodul 34 ausgegebenen Daten basiert.
3 veranschaulicht ein exemplarisches optisches Bildgebungssystem 44 gemäß Ausführungsbeispielen den vorlie genden Technik. In speziellen Ausführungsbeispielen arbeitet das optische Bildgebungssystems 44 in Zusammenwirken mit dem Ultraschallbildgebungssystem 30 nach 2. Das veranschaulichte optische Bildgebungssystem 44 enthält eine elektromagnetische Erregerquelle 46, einen elektromagnetischen Strahlungsdetektor 48, ein Datenakquisitions- und Steuerungsmodul 50, ein Datenverarbeitungsmodul 52, eine Anwenderschnittstelle 54, ein Displaymodul 56 und ein Druckermodul 58. Wie weiter unten eingehender erörtert, führt das optische Bildgebungssystem 44 eine Aufzeichnung der Wechselwirkung zwischen dem Ultraschallsystem 30, einer in den interessierenden Bereich 22 der Person 16 injizierten und darin angeordneten Kontrastmittellösung 18 und der aus der elektromagnetischen Erregerquelle 46 stammenden elektromagnetischen Strahlung.
Zu der veranschaulichten elektromagnetischen Erregerquelle 46 gehören mindestens entweder eine Halbleiterleuchtdiode (LED), eine organische Leuchtdiode (OLED), ein Laser, eine Glühlampe, eine Halogenlampe, eine Bogenlampe und/oder eine beliebige sonstige Lichtquelle. Beispielsweise kann die elektromagnetische Erregerquelle 46 eine Strahlung im Bereiche zwischen etwa 300 Nanometer und etwa 2 Mikrometer ausstrahlen, die an die Absorptionswellenlänge einer fluoreszierenden Komponente angepasst ist. Spezielle Ausführungsbeispiele der elektromagnetischen Erregerquelle 46 strahlen elektromagnetische Strahlung aus, deren Intensität zeitinvariant, sinusförmig, pulsförmig oder zeitlich veränderlich sein kann. Weiter kann die elektromagnetische Strahlung eine einzelne Wellenlänge oder mehrere Wellenlängen enthalten, die ein Spektrum von etwa 300 Nanometer bis etwa 2 Mikrometer ab decken. Glasfaseroptikkanäle, z.B. eine optische Faser oder ein Bündel optischer Fasern, kann ferner verwendet werden, um für eine Ausleuchtung von der elektromagnetischen Erregerquelle 46 hin zu dem Fokusbereich 22 zu erreichen.
Zu dem veranschaulichten elektromagnetischen Strahlungsdetektor 48 gehören mindestens entweder eine Lichtverstärkerröhre, eine ladungsgekoppelte (CCD) Vorrichtung, ein Bildverstärker, eine Photodiode, eine Avalanchefotodiode und/oder eine beliebige geeignete Vorrichtung, die in der Lage ist, einen zeitlich veränderlichen magnetischen Fluss einer elektromagnetischen Strahlung in ein zeitlich veränderliches elektrisches Signal umzuwandeln. Weiter kann ein Array von optischen Fasern von dem elektromagnetischen Strahlungsdetektor 46 in die Nähe des Fokusbereichs 22 verlängert sein, um elektromagnetische Strahlung aufzufangen. Beispielsweise können die optischen Fasern entweder unmittelbar an der Person 16 oder nahe der Oberfläche der Person 16 angebracht sein.
Das veranschaulichte Datenakquisitions- und Steuerungsmodul 50 sendet Steuersignale an die elektromagnetische Erregerquelle 46 und nimmt die optischen Signale von den elektromagnetischen Strahlungsdetektoren 48 entgegen. Das Datenakquisitions- und Steuerungsmodul 50 tauscht ferner Daten mit dem Datenverarbeitungsmodul 52 und dem Benutzerschnittstellenmodul 54 aus. Das Datenverarbeitungsmodul 52 rekonstruiert ein Bild unter Verwendung der von dem elektromagnetischen Strahlungsdetektor 48 erhaltenen Daten. Das Benutzerschnittstellenmodul 54 wird verwendet, um an der Konfiguration des optischen Bildgebungssystems 44 Veränderungen vorzunehmen und Steuerbefehle an das Displaymodul 56 und das Druckermodul 58 auszugeben.
In speziellen Ausführungsbeispielen weist das kombinierte Verfahren nutzende Bildgebungssystem 10 die Funktionalitäten sowohl des Ultraschall- als auch des optischen Bildgebungssystems auf, wie sie im Einzelnen oben beschrieben sind. 4 und 5 sind Ausführungsbeispiele für derartige, kombinierte Verfahren nutzende Bildgebungssysteme. Zu dem Ausführungsbeispiel von 4 gehören eine einzelne Einheit, die die in der Mitte der einzelnen Einheit angeordnete Ultraschallsonde 32 des Ultraschallbildgebungssystems 30 aufweist, und die elektromagnetische Erregerquelle 46 und der elektromagnetische Detektor 48 des optischen Bildgebungssystems 44, die an gegenüberliegenden Seiten der einzelnen Einheit angeordnet sind. Zu dem Ausführungsbeispiel von 5 gehören eine einzelne Einheit, die die in der Mitte der einzelnen Einheit angeordnete Ultraschallsonde 32 des Ultraschallbildgebungssystems 30 aufweist, und ein Paar der elektromagnetischen Strahlungsdetektoren 48 des optischen Bildgebungssystems 44, die an gegenüberliegenden Seiten der Ultraschallsonde 32 angeordnet sind.
Wie nachstehend anhand von 6-9 beschrieben, interagieren die vorausgehenden Bildgebungssysteme 10, 30 und 44 mit vielfältigen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen eines Kontrastmittels. 6 veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel 64 des Kontrastmittels 18, das ein verformbares Partikel enthält, das eine Schale 66 und eine innenliegende Substanz 68 aufweist, die innerhalb der Schale 66 angeordnet ist. Das verformbare Partikel enthält ferner eine oder mehrere aus fluoreszierender Komponente 70 – Löschungskomponente 72 gebildete Paare, wobei jede Komponente an der Außenfläche des verformbaren Partikels angebracht sind. 7 veranschaulicht schematisch ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel 76 des Kontrastmittels 18, das ein verformbares Partikel enthält, das eine Schale 66 und eine innenliegende Substanz 68 aufweist, die innerhalb der Schale 66 angeordnet ist. Das verformbare Partikel enthält ferner mindestens ein aus fluoreszierender Komponente 70 – Löschungskomponente 72 gebildetes Paar, das innerhalb der Schale 66 des verformbaren Partikels angeordnet ist, wobei jede Komponente mittels einer Linkerkomponente 74 an der Innenfläche des verformbaren Partikels angebracht ist. 8 veranschaulicht schematisch ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel 78 des Kontrastmittels 18, das ein verformbares Partikel enthält, bei dem mehrere durch die fluoreszierende Komponente 70 – Löschungskomponente 72 gebildete Paare die Schale 66 des verformbaren Partikels bilden. 9 veranschaulicht schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel 80 des Kontrastmittels 18, bei dem wenigstens entweder die fluoreszierende Komponente 70 und/oder die Löschungskomponente 72 in mehreren Schichten des verformbaren Partikels getrennt angeordnet ist, und die innere Schale einen komprimierbaren Kern aufweist. In jedem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele verändert die Schallwelle 42 (z.B. eine Ultraschallwelle) die Geometrie des verformbaren Partikels und verändert dadurch den Abstand zwischen den durch fluoreszierende Komponente – Löschungskomponente gebildeten Paaren. Die weiter unten erörterten Figuren veranschaulichen die Zusammensetzung und das Zusammenwirken der Kon trastmittel 18 mit dem in 2 veranschaulichten Ultraschallbildgebungssystem 30 und dem in 3 veranschaulichten optischen Bildgebungssystem 44.
Die Schale 66 des verformbaren Partikels enthält mindestens ein Polymer, ein Protein und/oder ein amphiphiles Molekül. Eine amphiphile Substanz ist eine Substanz, die sowohl hydrophobe als auch hydrophile Regionen enthält, beispielsweise sind dies Surfaktanten. Der Begriff bezieht sich auf kleine Moleküle, beispielsweise Phospholipide. Das amphiphile Molekül weist wenigstens einen Surfaktanten eines ionischen Typs oder nichtionischen Typs auf, wobei der Surfaktant wenigstens eine funktionelle Gruppe aufweist, die einen reaktiven Griff/Angriffspunkt (reactive handle) für eine weitergehende chemische Modifizierung aufweist. Die Komponenten der Schale 66 enthalten wenigstens eine funktionelle Gruppe, die reaktive Angriffspunkte für eine weitere chemische Modifizierung aufweisen. Die innerhalb der Schale 66 angeordnete innenliegende Substanz 68 ist komprimierbar und kann in speziellen Ausführungsbeispielen mindestens Luft, Schwefelhexafluorid, ein Perfluorcarbon, Schaum, einen Gasprekursor und/oder ein Polymer enthalten. Die fluoreszierende Komponente 70 enthält ein fluoreszierendes Kontrastmittel. Beispielsweise kann das fluoreszierende Kontrastmittel Indocyaningrün (ICG), Cyanin 5,5 (CY5,5), Cyanin 7,5 (CY7,5), Fluorescein, Rhodamin, gelb fluoreszierendes Protein (YFP), grün fluoreszierendes Protein (GFP), Fluoresceinisothiocyanat (FITC) und deren Derivate enthalten. Die Löschungskomponente 72 enthält mindestens entweder bekannte Löschinstanzen und/oder Derivate davon. Die oben erwähnte fluoreszierende Komponente kann bei einer geeigneten molekularen Konzentration und einem Trennungspegel, der charakteristisch für jene fluoreszierende Komponente ist, selbstlöschend sein. Das Kontrastmittel 18 könnte auch eine an das verformbare Partikel konjugierte chemische Substanz sein, die bevorzugt an einen spezifischen biochemischen Marker bindet. Dies bedeutet, dass das Kontrastmittel in der Lage ist, durch eine Akkumulation, die aufgrund der Unterschiede zwischen dem abnormalen Gewebe und einem normalen Gewebe stattfindet, aktiv auf ein abnormales Gewebe zu zielen. Beispielsweise kann der biochemische Marker einen monoclonalen Antikörper, Fragmente eines Antikörpers, z.B. Geflügeladenovirus (FAV), Molekülgruppen eines Antikörpers, ein Polypeptid, sonstige kleine organische Moleküle und Kombinationen davon enthalten.
Die fluoreszierende Komponente 70 weist eine Eigenschaft auf, bei der sie elektromagnetische Strahlung einer einfallenden Wellenlänge absorbiert und elektromagnetische Strahlung einer längeren Wellenlänge emittiert. Die Löschungskomponente 72 weist eine Eigenschaft auf, bei der sie elektromagnetische Strahlung der Wellenlänge absorbiert, die von der fluoreszierenden Komponente 70 emittiert wird. Eine Funktion der fluoreszierenden Komponente 70 besteht darin, die aus dem Fokusbereich 22 der Ultraschallsonde 32 stammende Lichtausbeute zu maximieren. Eine Funktion der Löschungskomponente 72 besteht darin, das Signal-Rausch-Verhältnis zu maximieren, indem die Intensität der Fluoreszenz minimiert wird, die durch Partikel erzeugt ist, die sich nicht in der Nähe des interessierenden Bereichs der Person 16 befinden.
Falls der Abstand zwischen der fluoreszierenden Komponente 70 und der Löschungskomponente 72 kleiner als ein charakteristischer Abstand ist und die von der elektromagnetischen Erregerquelle 46 ankommende elektromagnetische Strahlung auf den interessierenden Bereich der Person 16 fällt, wird die elektromagnetische Strahlung, die durch die fluoreszierende Komponente 70 (nach einem Absorbieren der von der in 3 veranschaulichten elektromagnetischen Erregerquelle 46 stammenden einfallenden elektromagnetischen Strahlung) emittiert wird, durch die Löschungskomponente 72 gelöscht. Ein Löschen findet statt, wenn die Löschungskomponente 72 den größten Teil der durch die fluoreszierende Komponente 70 emittierten elektromagnetischen Strahlung absorbiert. Ein Löschen kann außerdem durch einen Mechanismus der Übertragung von Fluoreszenzresonanzenergie stattfinden, bei dem die Löschungskomponente 72 die von der fluoreszierenden Komponente 70 stammende Energie ohne jede von der fluoreszierenden Komponente 70 ausgehende Emission elektromagnetischer Strahlung absorbiert. Dies hat zur Folge, das von dem Kontrastmittel 18 nur eine schwache Abgabe von Licht erfolgt, die nicht ausreicht, um durch den elektromagnetischen Strahlungsdetektor 48 erfasst zu werden. An diesem Punkt wird das Kontrastmittel 18 als in einem AUS-Zustand befindlich bezeichnet. Eine typische Abmessung des Durchmessers des Kontrastmittels in seinem AUS-Zustand beträgt weniger als 15 Mikrometer. Falls der trennende Abstand zwischen der fluoreszierenden Komponente 70 und der Löschungskomponente 72 mindestens den als Forster-Abstand bezeichneten charakteristischen Abstand überschreitet, und die von der elektromagnetischen Erregerquelle 46 stammende elektromagnetische Strahlung auf den Fokusbereich 22 der Person 16 fällt, würde die durch die fluoreszierende Komponente 70 emittierte elektromagnetische Strahlung nicht durch die Löschungskomponente 72 absorbiert werden und es ist eine von dem Kontrastmittel 18 ausgehend Lichtausgabe vorhanden. In diesem Zustand wird das Kontrastmittel 18 als in einem EIN-Zustand befindlich bezeichnet.
Die Erhöhung des trennenden Abstand zwischen der fluoreszierenden Komponente 70 und der Löschungskomponente 72 wird bewirkt, wenn das Kontrastmittel 18 den Ultraschallwellen 42 ausgesetzt ist, die von dem in 2 veranschaulichten, vorgeschlagenen Ultraschallbildgebungssystem 30 ausgehen. Unter dem Einfluss des akustischen Drucks, z.B. der von einem Ultraschallbildgebungssystem 30 abgestrahlten Ultraschallwellen 42, erfährt das Kontrastmittel 18 eine Veränderung seiner Geometrie. In speziellen Ausführungsbeispielen vergrößern die Ultraschallwellen 42 das Volumen des Kontrastmittels 18. Aufgrund der gepulsten Natur der Ultraschallwellen 42 erfährt das Kontrastmittel 18 wiederholt eine Kompression und Expansion, mit der Folge einer Volumenänderung, die in speziellen Ausführungsbeispielen in der Größenordnung von 300 % sein kann. Die Veränderung des Volumens führt eine Veränderung des trennenden Abstands zwischen der fluoreszierenden Komponente 70 und der Löschungskomponente 72 herbei. Dementsprechend kommt es jedes Mal, wenn eine Ultraschallwelle 42 mit dem Kontrastmittel 18 in Wechselwirkung tritt, zu einer Modulation der Lichtausbeute. Folglich ermöglicht diese Lichtausbeute dem Datenakquisitions- und Steuerungsmodul 50 des vorgeschlagenen optischen Bildgebungssystems 44, mittels der elektromagnetischen Strahlungsdetektoren 48 optische Da ten zu sammeln und diese durch das Datenverarbeitungsmodul 52 zu verarbeiten. Das Datenverarbeitungsmodul 52 des optischen Bildgebungssystems 44 verarbeitet diese optischen Daten rechnerisch, um ein optisches Bild zu erhalten, das sich mit Ultraschallbild deckt, das anhand des in 2 veranschaulichten Ultraschallsystems 30 erhalten wurde.
10 zeigt in einer exemplarischen Darstellung die Wechselwirkung zwischen den von dem Ultraschallbildgebungssystem 30 stammenden Ultraschallwellen 42 und einem einzelnen Kontrastmittel 18, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Technik. Bevor die Ultraschallwelle 42 auf das Kontrastmittel 18 trifft, befindet sich dieses in seinem Grund- oder nicht angeregten Zustand 82, in dem der trennende Abstand zwischen der fluoreszierenden Komponente 70 und der Löschungskomponente 72 kleiner als der charakteristische Abstand ist. Wenn die Ultraschallwellen 42 auf das Kontrastmittel 18 treffen, erfährt dieses aufgrund der oben erwähnten Eigenschaften des Kontrastmittels 18 eine Veränderung seiner Geometrie, durch die der trennende Abstand zwischen der fluoreszierenden Komponente 70 und der Löschungskomponente 72 vergrößert wird. In diesem Stadium befindet sich das Kontrastmittel 18 in einem angeregten Zustand 84, in dem der trennende Abstand zwischen der fluoreszierenden Komponente 70 und der Löschungskomponente 72 mindestens so groß ist wie der charakteristische Abstand.
11 zeigt in einer exemplarischen Darstellung die Wechselwirkung zwischen einem einzelnen Kontrastmittel 18 und einer von dem optischen Bildgebungssystem 44 aus arbeitenden elektromagnetischen Erregerquelle 46, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Technik. Die elektromagnetische Erregerquelle 46 emittiert elektromagnetische Strahlung 86 in Bereichen zwischen etwa 300 Nanometer und etwa 2 Mikrometer, und zwar angepasst an die Absorptionswellenlänge des Kontrastmittels 18. Die fluoreszierende Komponente 70 absorbiert die einfallende elektromagnetische Strahlung 86 und emittiert elektromagnetische Strahlung 88 mit einer größeren Wellenlänge. Da sich das Kontrastmittel 18 in seinem nicht angeregten Zustand 82 befindet, ist der Abstand zwischen der fluoreszierenden Komponente 70 und der Löschungskomponente 72 allerdings geringer als der charakteristische Abstand und es besteht eine maximale Übertragung der Energie zwischen den beiden Komponenten. Da die Energieübertragung maximal ist, absorbiert die Löschungskomponente 72 die durch die fluoreszierende Komponente 70 emittierte elektromagnetische Strahlung 88 und es ist eine geringe Ausbeute in Form einer von dem Kontrastmittel 18 ausgehenden elektromagnetischen Strahlung vorhanden.
12 veranschaulicht die kombinierte Wechselwirkung zwischen dem Ultraschall- und dem optischen Bildgebungsverfahren, wie sie im vorausgehenden beschrieben sind, mit einem Kontrastmittel 18, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Technik. Im Betrieb fällt die von der elektromagnetischen Erregerquelle 46 ausgehende elektromagnetische Strahlung 86 auf ein Kontrastmittel 18 in dem Fokusbereich 22 einer Ultraschallsonde 32. Zunächst treffen die von einer Ultraschallsonde 32 abgestrahlten Ultraschallwellen 42 auf das Kontrastmittel 18 und bewirken dadurch einen Wechsel des Zustands des Kontrastmittels 18 von einem AUS-Zustand 82 in einen EIN-Zustand 84, mit der Folge einer Expansion des verformbaren Partikels des Kontrastmittels 18. Wie oben erörtert, bewirkt die Expansion eine Vergrößerung des trennenden Abstands zwischen der fluoreszierenden Komponente 70 und der Löschungskomponente 72. Da die elektromagnetische Strahlung 86 auf die fluoreszierende Komponente 70 des angeregten Kontrastmittels 84 fällt, erfasst der elektromagnetische Strahlungsdetektor 48 des optischen Bildgebungssystems 44 die Ausgabe in Form einer durch das Kontrastmittel 18 emittierten elektromagnetischen Strahlung 88. In einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Technik reagiert das Kontrastmittel 18, wie im folgenden erläutert, möglicherweise anders, wenn es einem Ultraschallpuls unterworfen wird. Es wird nun angenommen, dass das Kontrastmittel einem Ultraschallpuls unterworfen ist. In diesem alternativen Ausführungsbeispiel kann das Kontrastmittel 18 die Geometrie insbesondere in einer Weise ändern, bei der das Volumen des Kontrastmittels mit jeder das Kontrastmittel 18 durchstrahlenden Ultraschallwelle ansteigt. Wenn die Ultraschallwelle 42 abgeschaltet wird, schrumpft das Volumen des Kontrastmittels 18 nicht schlagartig auf seinen ursprünglichen Wert zurück. Vielmehr erfährt das Volumen des Kontrastmittels 18 eine allmähliche Reduzierung seiner Geometrie bis der Grundzustand erreicht ist.
13 veranschaulicht ein exemplarisches Verfahren zum Verwenden des in 1 veranschaulichten, kombinierte Verfahren nutzenden Bildgebungssystems 10 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Technik. Das Verfahren verwendet in Schritt 90 ein Injizieren der Person 16 mit einem Kontrast mittel 18. Nach einer ausreichenden Zeitspanne gelangt das Kontrastmittel 18 innerhalb der Person 16 zu dem interessierenden Bereich 22, in dem eine Bildgebung zur Unterstützung einer Diagnose auszuführen ist. In Schritt 92 sind die von dem kombinierte Verfahren nutzenden Bildgebungssystem 10 stammenden Eingaben (Ultraschallwellen und elektromagnetische Strahlung), wie im vorliegenden weiter oben beschrieben, auf den Fokusbereich 22 der Person 16 angewandt. Das Kontrastmittel 18 tritt sowohl mit dem Ultraschallbildgebungssystem 30 als auch mit dem optischen Bildgebungssystem 44 in der in den Abschnitten hier weiter oben beschrieben Weise in Wechselwirkung. In Schritt 94 erfasst das kombinierte Verfahren nutzende Bildgebungssystem 10 die durch ein Vielfaches der fluoreszierenden Komponente 70 des Kontrastmittels 18 emittierte elektromagnetische Strahlung sowie die von dem Fokusbereich der Person reflektierten Ultraschallwellen 42. In einem Ausführungsbeispiel wird hierdurch ein gleichzeitiges Abbilden des von dem Ultraschallbildgebungssystem 12 erhaltenen radiographischen Ultraschallbilds mit der Konzentration des Kontrastmittels ermöglicht, die durch die durch das Kontrastmittel 18 emittierte Intensität elektromagnetischer Strahlung gemessen wird und durch elektromagnetische Strahlungsdetektoren 48 in dem optischen Bildgebungssystem 14 erfasst wird. Diese Intensität elektromagnetischer Strahlung kann die modulierte Intensität in der empfangenen Form sein oder kann eine modifizierte Intensität sein, die auf einem Näherungswert der Schwächung basiert, die durch ein beliebiges dazwischenliegendes Gewebe oder Organ hervorgerufen wird. Zuletzt werden in Schritt 96 die von der ersten Bildgebungseinrichtung 12 und der zweiten Bildgebungseinrichtung 14 stammenden sich de ckenden Bilder auf einem Display wiedergegeben. Das Display kann auf gesonderten Displays basieren oder ein Verbunddisplay sein, bei dem die von den beiden unterschiedlichen Einrichtungen stammenden Bilder miteinander überlagert werden.
14 veranschaulicht ein Verfahren zum Verwenden eines Kontrastmittels (wie es z.B. in 6-9 veranschaulicht ist) und eines kombinierte Verfahren nutzenden Bildgebungssystems, gemäß speziellen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Technik. Das Kontrastmittel enthält ein verformbares Partikel, das eine Geometrie aufweist, die in Antwort auf eine Emission eines kombinierte Verfahren nutzenden Bildgebungssystems (wie es beispielsweise in 1 veranschaulicht ist) variiert. Das verformbare Partikel weist mindestens entweder eine fluoreszierende Komponente und/oder eine Löschungskomponente auf.
In Schritt 98 akkumuliert das Kontrastmittel 18 zunächst in einem interessierenden Bereich 22 einer Person 16. In Schritt 100 wird das Kontrastmittel 18 in Antwort auf eine Bestrahlung mit Ultraschall und mit elektromagnetischer Strahlung erregt oder stimuliert. Beispielsweise kann eine Eingabe in Form einer von dem kombinierte Verfahren nutzenden Bildgebungssystem 10 abgegebenen elektromagnetischen Strahlung 28 auf den das Kontrastmittel 18 enthaltenden interessierenden Bereich 22 angewendet werden, so dass eine Emission elektromagnetischer Strahlung von der fluoreszierenden Komponente 70 ausgeht. Die Löschungskomponente absorbiert einen Teil der durch die fluoreszierende Komponente 70 emittierten elektromagnetischen Strahlung. Wie im Einzelnen oben erör tert, hängt der Grad der Absorption von dem trennenden Abstand zwischen der fluoreszierenden Komponente und der Löschungskomponente ab. Der trennende Abstand ergibt sich durch die Geometrie des verformbaren Partikels.
Außerdem erfährt das verformbare Partikel, wenn eine Eingabe in Form einer Ultraschallwelle auf den interessierenden Bereich 22 gerichtet wird, in Schritt 100 eine Veränderung der Geometrie, die eine Veränderung des trennenden Abstands zwischen der fluoreszierenden Komponente und der Löschungskomponente hervorruft. Schritt 102 repräsentiert die Abhängigkeit von dem trennenden Abstand als einen Faktor, der bestimmt, ob das Kontrastmittel 18 elektromagnetische Strahlung emittiert oder nicht. Der Ablauf wird mit Schritt 104 fortgesetzt, falls der trennende Abstand mindestens gleich einem als Forster-Abstand bezeichneten charakteristischen Abstand ist. Die fluoreszierende Komponente 70 emittiert elektromagnetische Strahlung, die nicht durch die Löschungskomponente 72 absorbiert wird. Wie in Schritt 106 gezeigt, emittiert das Kontrastmittel 18 elektromagnetische Strahlung, die für einen elektromagnetischen Strahlungsdetektor erfassbar ist. Falls der trennende Abstand geringer als der Forster-Abstand ist, wird der Ablauf von Schritt 100 aus mit Schritt 110 fortgesetzt. In dieser Phase, wird die von der fluoreszierenden Komponente emittierte elektromagnetische Strahlung durch die Löschungskomponente mittels eines beliebigen der oben im Einzelnen erläuterten Löschmechanismen gelöscht.
In Schritt 112 kann die von dem kombinierte Verfahren nutzenden Bildgebungssystem stammende Ultraschallwelle 32 ge eignet modifiziert werden, um den trennenden Abstand zu vergrößern. Außerdem kann in Schritt 112 die Wellenlänge der von der elektromagnetischen Erregerquelle 46 abgegebenen elektromagnetischen Strahlung modifiziert werden, um eine maximale Absorption seitens der fluoreszierenden Komponente zu fördern. Schritt 108 repräsentiert das kontinuierliche Akquirieren von Daten, unabhängig davon, ob eine von dem Kontrastmittel ausgehende Emission elektromagnetischer Strahlung vorhanden ist. Das Verfahren wird wiederholt, bis ausreichend Daten akquiriert sind.
In Übereinstimmung mit speziellen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Technik kann ein Verfahren zur Herstellung eines Kontrastmittels (beispielsweise der in 6-9 veranschaulichten Art) die im Einzelnen weiter unten erörterten Schritte aufweisen. Das Kontrastmittel 18 enthält ein verformbares Partikel, das eine Schale 66 und eine innenliegende Substanz 68 gemeinsam mit mindestens entweder einer fluoreszierenden Komponente 70 und/oder einer Löschungskomponente 72 aufweist. Zu dem Verfahren gehört der Schritt, eine Matrize als einen vorläufigen Kern zu verwenden, der die Herstellung eines Kontrastmittels mit einer einheitlichen Abmessung vereinfacht. In speziellen Ausführungsbeispielen kann die Schale 66 auf der Oberseite der Matrize durch die Bildung von Atombindungen zusammengesetzt werden, z.B. Atombindungen, die durch eine Vernetzung durch eine teilweise Denaturierung eines Proteins, eine Vernetzung mit einem polyfunktionellen Linker, eine Vernetzung mit einer polymerisierbaren Gruppe und beliebigen Kombinationen davon erzeugt werden. Alternativ kann die Schale 66 in weiteren Ausführungsbeispielen durch wenigstens eine nicht kovalente Wechselwirkung, beispielsweise eine hydrophobische, eine hydrophile oder eine ionische Wechselwirkung, stabilisiert werden. Die Atombindung weist mindestens eine biologisch abbaubare Verkettung oder eine biologisch nicht abbaubare Verkettung auf. Die Matrize wird anschließend von der stabilisierten Schale durch mindestens entweder einen chemischen Aufbereitungsschritt oder durch Erhitzen entfernt. Das verformbare Partikel ist auf diese Weise ausgebildet. Einzelne Komponenten, die funktionelle Griffe aufweisen, die eine weitere Modifikation des verformbaren Partikels ermöglichen, werden eingebracht. Diese funktionellen Griffe fördern die Anbindung der fluoreszierenden Komponente 70 und der Löschungskomponente 72 an die Schale 66. Alternativ können die fluoreszierende Komponente 70 und die Löschungskomponente 72 in noch einem weiteren Ausführungsbeispiel unmittelbar an die Schale 66 andocken. Um das Kontrastmittels 18 zu bilden, wird entweder die fluoreszierende Komponente 70 oder die Löschungskomponente 72 in das verformbare Partikel eingebracht.
In Übereinstimmung mit Ausführungsbeispielen der vorliegenden Technik gehören zu einem kombinierte Verfahren nutzenden Bildgebungssystem 10 eine erste Bildgebungsvorrichtung einer ersten Modalität 12 und eine zweite Bildgebungsvorrichtung einer zweiten Modalität 14, die sich von der ersten Modalität 12 unterscheidet. Die erste und die zweite Bildgebungsvorrichtung sind beide eingerichtet, um mit einem für eine Verabreichung an eine Person 16 geeigneten Kontrastmittel 18 zu interagieren. Das Kontrastmittel 18 enthält ein verformbares Partikel, das eine Geometrie aufweist, die in Abhängigkeit von einer Emission der ersten Bildgebungsvorrichtung variiert. Das verformbare Partikel enthält ferner eine fluoreszierende Komponente 70, die eingerichtet ist, um eine durch die zweite Bildgebungsvorrichtung nachweisbare elektromagnetische Strahlung 28 auszustrahlen, und eine Löschungskomponente 72, die von der fluoreszierenden Komponente 70 durch einen Abstand getrennt ist, der auf der Geometrie basiert und eingerichtet ist, um einen Teil der von der fluoreszierenden Komponente 70 ausgestrahlten elektromagnetischen Strahlung 28 zu absorbieren.
Während hierin lediglich spezielle Merkmale der Erfindung veranschaulicht und beschrieben wurden, erschließen sich dem Fachmann viele Abwandlungen und Veränderungen. Es ist daher selbstverständlich, dass die beigefügten Patentansprüche sämtliche Abwandlungen und Veränderungen abdecken sollen, die in den wahren Schutzbereich der Erfindung fallen.

Claims

Kontrastmittel (18) für ein Bildgebungssystem (10), wobei zu dem Kontrastmittel gehören: ein verformbares Partikel mit einer Geometrie, die in Abhängigkeit von einer Emission des Bildgebungssystems variiert, wobei das verformbare Partikel enthält: eine fluoreszierende Komponente (70), die eingerichtet ist, um elektromagnetische Strahlung (28) auszustrahlen; und eine Löschungskomponente (72), die von der fluoreszierenden Komponente (70) in einem Abstand getrennt angeordnet ist, der auf der Geometrie basiert, wobei die Löschungskomponente (72) dazu eingerichtet ist, einen Teil der von der fluoreszierenden Komponente (70) ausgehenden elektromagnetischen Strahlung (28) zu absorbieren.
Kontrastmittel (18) nach Anspruch 1, bei dem das verformbare Partikel eine Schale (66) ist, die eine innenliegenden Substanz (68) aufweist.
Kontrastmittel (18) nach Anspruch 2, bei dem die Schale (66) ein Vielfaches der fluoreszierenden Komponente (70) und der Löschungskomponente (72) aufweist.
Kontrastmittel (18) nach Anspruch 2, bei dem die innenliegende Substanz (68) die fluoreszierende Komponente (70) und die Löschungskomponente (72) aufweist.
Kontrastmittel (18) nach Anspruch 2, bei der die Schale (66) entweder die fluoreszierende Komponente (70) oder die Löschungskomponente (72) aufweist, und die innenliegende Substanz (68) die jeweils übrige Komponente enthält, sei dies die fluoreszierende Komponente (70) oder die Löschungskomponente (72).
Kombinierte Verfahren nutzendes Bildgebungssystem (10), zu dem gehören: eine erste Bildgebungsvorrichtung eines ersten Verfahrens (12); und eine zweite Bildgebungsvorrichtung eines zweiten Verfahrens (14), das von dem ersten Verfahren (12) abweicht, wobei die erste und zweite Bildgebungsvorrichtung beide eingerichtet sind, mit einem für eine Verabreichung an eine Person (16) geeigneten Kontrastmittel (18) zu interagieren, wobei zu dem Kontrastmittel (18) gehören: verformbare Partikel mit einer Geometrie, die in Abhängigkeit von einer Emission des ersten Bildgebungssystems variiert, wobei das verformbare Partikel enthält: eine fluoreszierende Komponente (70), die eingerichtet ist, um eine durch das zweite Bildgebungssystem erfassbare elektromagnetische Strahlung (28) auszustrahlen; und eine Löschungskomponente (72), von der fluoreszierenden Komponente (70) in einem Abstand getrennt angeordnet ist, der auf der Geometrie basiert, wobei die Löschungskomponente (72) dazu eingerichtet ist, einen Teil der elektromagnetischen Strahlung (28) zu absorbieren.
Kombinierte Verfahren nutzendes Bildgebungssystem (10) nach Anspruch 6, bei dem die erste Bildgebungsvorrichtung eine Ultraschall-Bildgebungsvorrichtung (30) aufweist.
Kombinierte Verfahren nutzendes Bildgebungssystem (10) nach Anspruch 6, bei dem die zweite Bildgebungsvorrichtung eine optische Bildgebungsvorrichtung (44) aufweist.
Verfahren zum Verwenden des Kontrastmittels (18), wobei zu dem Verfahren die Schritte gehören: Konzentrieren eines Kontrastmittels (18) in einem interessierenden Bereich (22) im Innern einer Person (16), wobei das Kontrastmittel (18) ein verformbares Partikel, das eine fluoreszierende Komponente (70) und eine Löschungskomponente (72) aufweist, die von der fluoreszierenden Komponente (70) in einem trennenden Abstand getrennt ist, der von einer Geometrie des verformbaren Partikels abhängt; Aussenden einer von der fluoreszierenden Komponente (70) ausgehenden elektromagnetischen Strahlung (28) in Antwort auf Emissionen einer auf elektromagnetischer Strahlung begründeten Bildgebungsvorrichtung; Vergrößern der Geometrie des verformbaren Partikels in Antwort auf eine durch eine Ultraschall-Bildgebungsvorrichtung (30) erzeugte Druckwelle (24); und abnehmendes Absorbieren eines Teils der von der fluoreszierenden Komponente (70) emittierten elektromagnetischen Strahlung (28) mittels der Löschungskomponente (72) in Antwort auf ein Vergrößern der Geometrie des verformbaren Partikels.
Verfahren zur Herstellung eines Kontrastmittels (18) für ein Bildgebungssystem, wobei zu dem Verfahren die Schritte gehören: Bilden einer Schale (66) um einen vorläufigen Kern herum; Stabilisieren der Schale (66); Entfernen des vorläufigen Kerns, um ein verformbares Partikel eines Kontrastmittels (18) zu bilden; und Einbringen einer fluoreszierenden Komponente (70) und einer Löschungskomponente (72) in das verformbare Partikel, so dass die Löschungskomponente (70) von der fluoreszierenden Komponente (72) in einem Abstand getrennt ist, der auf einer Geometrie des verformbaren Partikels basiert, wobei die Löschungskomponente (72) dazu eingerichtet ist, einen Teil einer elektromagnetischen Strahlung zu absorbieren, die von der fluoreszierenden Komponente (70) in Antwort auf eine Erregung durch ein optisches Bildgebungssystem emittiert wird.