[发明专利]用于分析组织的热声系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年5月19日提交的美国临时专利申请第61/179,467号的权益，其以引用方式并入本文。

发明背景

大体上，本文描述的系统和方法涉及分析和可视化受试者中的软组织和脉管系统、计算组织中的血液流动参数以及使用热声方法诊断、评价和监测疾病。

血管形态和组织灌注可以指示器官的健康状态并且可以被用于诊断疾病和监测治疗。组织中的血液流动的测量可以被用于诊断多种疾患或疾病状态，包括肾病、心血管疾病、中风和癌症。

热声成像使用短脉冲的电磁能来快速加热物体内的吸收部件，这进而产生可以使用声接收器进行检测的声压波。这些声波通过信号处理被分析，并且被进一步处理以便由操作者呈现和解释。

组织中的血液灌注是表征组织的类型、状态或健康的关键参数。通过外源性成像剂差别化填充组织被普遍用于临床实践中以识别在多重成像模式(核成像、磁共振、X射线、计算机断层摄影、超声和PET)中的组织异常。外源性成像剂通常通过静脉注射被施用。成像剂可以保留在血池中或在某些情况下可以迁移穿过血管壁进入组织间隙空间中。示踪物动力学方法被建立并且是用于评估灌注的公认方法。

在确定血液灌注的一种常用方法中，组织中的血液流动被使用示踪物动力学方法测量。示例性的方法使用一系列X射线计算机断层摄影图像来测量被注射入脉管系统中的被碘化的对比剂的进程。简要地说，系统测量一定量的示踪物(对比剂)穿过组织的流动。根据被注射的示踪物的量和输入波形的测量的信息，可以做出对血流量、血容量和平均通过时间的估计。还可以估计组织的渗透率-表面积乘积。这些测量结果共同表征组织的血液流动性质，血液流动性质可以被用于对组织进行分类并且可以被用于诊断目的。这种方法具有多个缺点，包括患者暴露于电离辐射、对比剂可能不是生理上可接受的、设备的高操作成本以及需要专用设施的大型设备。磁共振成像也可以被用于获得灌注测量结果。此方法存在许多与X射线计算机断层摄影灌注测量相同的缺点。因此，存在对新的成像方法的需求。

本发明的热声方法相对于以前的方法具有诸多优势。本文描述的热声方法改变了内源性组织对比度并且可以被用于分析软组织和/或脉管系统，估计血液流动和灌注以及产生对比度增大的血管造影术图像以及身体中的各种软组织的图像。所提供的热声方法还可以被用于诊断受试者的疾病(例如心血管疾病、肾病、中风和癌症)。

发明概述

在第一方面，本发明提供用于分析受试者的软组织或脉管系统的方法，包括以下步骤：将超声变换器(ultrasound transducer)耦合于受试者；向受试者递送改变由软组织或脉管系统产生的热声信号的对比剂；使用电磁能辐射软组织或脉管系统以产生热声信号；以及检测热声信号，由此使用热声信号来分析软组织或脉管系统。在本发明的具体的实施方案中，电磁能不包括紫外光(10nM至400nM)或波长小于10nM的能。在以上方法的多个实施例中，辐射受试者中的所关注的区域。

在以上方法的另外的实施方案中，受辐射的组织选自但不限于心脏、肾脏、肺、食道、胸腺、胸部、前列腺、脑、肌肉、神经组织、上皮组织、膀胱、胆囊、肠、肝脏、胰腺、脾脏、胃、睾丸、卵巢以及子宫。在以上方法的多个实施方案中，对比剂的递送通过推注或通过手动或机械输注发生。

可以在本方法中采用单一脉冲或多重脉冲的电磁能。单个脉冲可以具有在1纳秒和10微秒之间的宽度，例如1微秒。成串的多重脉冲可以或可以不具有相同的脉冲宽度。脉冲之间的间隔可以或可以不是均匀的。

所有以上方法的另外的实施方案还包括从所检测到的热声信号产生二维或三维图像。例如，方法可以包括随时间推移产生一系列的二维或三维图像。所述两个或更多个图像之间的时间间隔可以是均匀的(恒定的时间间隔)或非均匀的(变化的时间间隔)。这样的方法可以被用于产生电影回放(cineloop)，如本领域中已知的。

以上方法的另外的实施方案可以包括确定脉管系统中的一个或多个血液流动参数(例如选自血流量(BF)、平均通过时间(MTT)和/或组织渗透率-表面积乘积(PS)的组的一个或多个参数)。在另外的实施方案中，确定一个或多个血液流动参数包括产生脉管系统的二维或三维图像(例如显示出血管的位置和尺寸的图像)的步骤。这些方法的另外的实施例还包括随时间推移产生脉管系统的一系列的两个或更多个图像(例如使用均匀的时间间隔或非均匀的时间间隔)。