[发明专利]一种用于相变纳米液滴药物载体的超声适形激活及监控成像系统

说明书

本发明公开了一种用于相变纳米液滴药物载体的超声适形激活及监控成像方法与系统，该方法将聚焦和激活结合在一起，在FDA批准的声压和机械指数下，使用多波形交替发射超声波序列的方式实现了纳米液滴药物载体的激活与监控成像，本发明通过调整换能器中工作的阵元位置，进而调整聚焦的孔径，将聚焦波的工作模式由传统的单点聚焦转换为二维平面逐点聚焦，从而实现了超声波适形激活，即激活监控区域内的特定形状，并通过接收平面波的回波数据进行多种算法处理的方式实现监控成像。本发明通过纳米液滴药物载体的超声适形激活和监控成像，可以观察到纳米液滴药物载体在血管和组织中的分布，从而实现药物递送时的监控成像。

技术领域

本发明属于超声检测与成像技术领域，具体涉及一种用于相变纳米液滴药物载体的超声适形激活及监控成像方法与系统。

背景技术

近年来，相变纳米液滴(phase-changed nanodroplets)因具有尺寸小、稳定性高和超声可控相变等优点而被广泛应用于诊断超声和治疗超声等方面的研究，其中，通过相变纳米液滴药物载体进行的药物递送，能够实现诊疗一体化，具有重大的临床意义与应用价值。在治疗过程中，通过观察相变纳米液滴药物载体的位置分布，实现对药物递送过程的可视化对于治疗监控显得尤为重要。目前，在超声领域利用超声波对整个治疗过程的图像监控体现出了巨大优势。由全氟化碳和包膜(脂质、蛋白质或表面活性剂)构成的纳米液滴进入治疗部位后，可在超声波的激活下产生相变，从液态转变为气态，纳米液滴尺寸迅速增大，此时纳米液滴携带的药物可以进入靶区域发挥作用。

与此同时，通过纳米液滴被超声激活相变后产生微泡的回波信号可以间接得到纳米液滴药物载体的空间分布，因此利用相变纳米液滴激活前后的图像可对药物载体在体内的分布和释药过程进行监控成像。研究证明，高浓度纳米液滴更易被激活，但是高浓度纳米液滴会对人体产生危害，并且无法通过机体正常代谢排出。已经有学者证明，低沸点纳米液滴可以通过平面超声波进行激活，而低沸点纳米液滴在人体内环境下会由于环境温度的上升而自发相变过早释放药物，不能达到控制药物在肿瘤区域释放的目的。高沸点的纳米液滴在人体环境下可以长时间保持稳定的液态，但是平面波声压较低，高沸点纳米液滴无法直接通过平面波激活。有学者使用高强度聚焦超声进行激活纳米液滴使其相变，但是高强度聚焦超声在焦点区域形成的局部能量过强，产生的热效应可能会对正常组织造成附加损伤，不符合FDA批准的诊断超声波的安全标准，因此高强度聚焦超声一般用于机体的治疗。

此外，对于激活相变后的纳米液滴进行实时监控成像的方式有很多。目前文献中常通过光学和声学结合的方式进行激活和监控成像。有学者使用高强度聚焦超声激活纳米液滴，同时采用超高速光学显微镜进行监控成像。也有研究通过激光激活纳米液滴的同时，采用超声波进行成像监控。但是，光波的频率较高，在组织中衰减较大，只能穿透浅表，在实际使用时存在着较大的局限性。此外，光声激活成像存在装置复杂，系统集成性差，对焦误差等一系列问题。为了避免这些问题，只使用声学的方法进行纳米液滴的激活和监控成像是一个最优解。有学者使用超快平面波对低沸点纳米液滴同时进行激活和成像，但是该种方法局限性较大，只适用于低沸点的纳米液滴，并且无法做到适形激活。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于相变纳米液滴药物载体的超声适形激活及监控成像方法与系统，以解决现有技术中缺乏纳米液滴在人体内的合适激活方法和对激活相变后的纳米液滴进行实时监控成像方法的局限性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种用于相变纳米液滴药物载体的超声适形激活及监控成像方法，包括以下步骤：

步骤1，选取拟激活的含相变纳米液滴的目标区域，获得目标区域的形状和位置坐标；

步骤2，根据目标区域的形状和位置坐标，设置线阵换能器的工作参数，所述工作参数包括孔径D和孔径D中阵元的工作状态；所述线阵换能器发射一次聚焦波脉冲，孔径D根据聚焦位置调整一次；所述线阵换能器发射平面波脉冲时，孔径D为定值；