[发明专利]基于光声造影剂的有源超声成像

说明书

技术领域

本发明涉及施加电磁能量以用于成像，并且更具体而言，涉及激励用作超声造影剂的物质。

背景技术

光声(PA)成像是可以在医学环境中使用例如尤其用于探测脉管疾病、皮肤异常和一些类型的癌症的非侵入性成像技术。PA成像通常涉及将具有近红外波长的低能量的激光闪射到目标范围或区域上。红外光相对深地穿透到身体中。这产生了用于更详细图像的大的照射范围。激光能量的快速吸收使组织(由微小吸收体组成的)由于瞬时热弹性膨胀而膨胀。脉动的膨胀产生能够被具有适当灵敏度的超声探测器(例如超声换能器)探测到的超声波。可以使用不同的数学方程/算法来处理和解译换能器读数以生成目标范围的二维或三维图像，经由微小吸收体的空间分布或者承载该吸收体的血流的流动来示出组织结构。

基于其独特的造影机制，PA成像在解剖应用中是很有效的。通常，每个组织或目标区域吸收不同量的激光能量，使得每个不同目标区域或组织从PA成像的角度而言是潜在唯一的。出于血管相关成像的目的，当应用近红外波长时血色素通常呈现高的光学对比度。这有助于利用PA技术的血管成像的灵敏度，使得医生/健康护理提供者能够看到皮肤中的异常、脉管疾病和癌症，然后能够直接处置这些异常、脉管疾病和癌症。可以将PA图像与来自其他模态(例如，超声)的那些图像相组合以生成目标范围的具有补充对比度的十分详细的描绘。例如，所生成的图像可以便于有价值的诊断，例如，允许临床医师识别使用其他技术/科技难以发现的小病灶。

最近，已经开发出了PA造影剂，其组成微粒的尺寸小至纳米水平并且远远小于在超声成像中所使用的微泡。

已经将基于纳米比例的微粒的能够穿过血管扩散的PA造影剂用于脉管系统外部的吞噬细胞。参见Oraevsky等人的公开号为2008/0160090(在下文中称为“’090公开”)的题为“Laser-Activated Nanothermolysis of Cells”的美国专利，通过引用将其全部公开内容并入本文。

然而，当前可获得的以及正在开发的这种PA造影剂和基于纳米尺寸的微粒的其他PA造影剂受限于低的灵敏度，这是由于归因于它们的小微粒尺寸的低的声发射。

此外，入射的光脉冲通常在超声仪器的接收带宽之外，并且因此，光能量不足以被转变为超声信号。

“’090公开”中的足够能量的激光照射，纳米微粒足够大，或者接合成足够大的簇，能够产生将增强声发射的围绕微泡，但是根据该技术的肿瘤消融功能，微泡的出现需要激励至热机械对局部组织造成损伤的水平。

基于微泡的超声造影剂在增强规律的背散射信号以及在超声接收通带之内生成不同的背散射信号(例如，入射超声波的超谐波和次谐波)中提供了某些公认的优点(参见，例如，Shi WT、Forsberg F、Liu JB、Merritt CRB、Goldberg BB：′New US media boosts imaging quality″，Diagnostic Imaging Global：Special Supplement，Nov.2000，第8-12页)。

然而，微泡的相对大的尺寸使得已知的基于微泡的造影剂不可用于测量脉管参数，诸如渗透性。

纳米气泡(nano-bubble)-其将潜在地克服与已知的基于微泡的造影剂相关的限制-在超声背散射成像中的使用出于若干原因尚未实现。例如，纳米气泡的寿命太短而不能用于静脉内注射和随后的人体循环，主要是因为在这一尺寸范围中有对壳体材料的巨大表面张力。此外，这种纳米气泡的背散射横截面非常小。由于背散射横截面是散射体尺寸的6次幂，因此气泡直径减小10倍可能导致背散射功率10⁶倍(60dB)的减小，这是收益递减(diminishing return)。

发明内容

首先，本发明人注意到现有的PA造影剂最初是针对光学目的而开发的，并且仅依赖于增加的光学吸收来实施和操作。迄今为止，没有足够重视改善了被吸收光学能量到带内超声信号的转换的PA造影剂。对有效转换功能的这种缺乏是PA造影剂和PA成像技术的全面有效和适用性的阻碍。