专利名称：用于分析组织的热声系统的制作方法
用于分析组织的热声系统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。
背景技术：
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
权利要求
1.一种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(a)将超声变换器耦合于所述受试者；(b)向所述受试者递送对比剂，所述对比剂改变由所述软组织或脉管系统产生的热声信号；(c)使用电磁能辐射所述软组织或脉管系统以产生所述热声信号；以及(d)检测所述热声信号，由此使用所述热声信号来分析所述软组织或脉管系统。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电磁能是脉冲的射频能或微波电磁能。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述电磁能是脉冲的射频能。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述电磁能是脉冲的微波能。
5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)中的所述递送是通过推注或通过手动输注或机械输注完成的。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述软组织选自由以下软组织组成的组心脏、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。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括由步骤(d)中检测到的所述热声信号产生所述软组织或脉管系统的二维图像或三维图像。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括随时间推移产生一系列的两个或更多个图像。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述两个或更多个图像之间的时间间隔是均勻的。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述两个或更多个图像之间的时间间隔是非均勻的。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括确定所述脉管系统中的一个或多个血液流动参数。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述一个或多个血液流动参数选自由以下组成的组血流量(BF)、血容量(BV)、平均通过时间(MTT)以及组织渗透率-表面积乘积(PS)。
13.根据权利要求11所述的方法，其中确定一个或多个血液流动参数包括产生所述脉管系统的二维图像或三维图像的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述二维图像或三维图像显示出所述脉管系统的位置和尺寸。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括随时间推移产生一系列的两个或更多个图像。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述两个或更多个图像之间的时间间隔是均勻的。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述两个或更多个图像之间的时间间隔是非均勻的。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述分析指示所述受试者的疾病。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述疾病是心血管疾病、肾病、肝病、中风或癌症。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述癌症选自由以下组成的组肝细胞癌、癌症转移、肝内胆管癌、肝血管瘤、非血管瘤良性病变、肾上腺皮质癌、肛癌、阑尾癌、星形细胞瘤、非典型畸胎样/杆状肿瘤、基底细胞癌、胆管癌、膀胱癌、骨癌、脑干胶质瘤、脑肿瘤、乳腺癌、支气管肿瘤、伯基特淋巴瘤、类癌瘤、宫颈癌、脊索瘤、慢性淋巴细胞性白血病、慢性骨髓增生性疾病、结肠癌、结肠直肠癌、颅咽管瘤、皮肤T细胞淋巴瘤、子宫内膜癌、成室管膜细胞瘤、室管膜瘤、食道癌、伊汶氏肉瘤、颅外生殖细胞肿瘤、性腺外生殖细胞肿瘤、肝外胆管癌、眼癌、胆囊癌、胃癌、胃肠癌、生殖细胞肿瘤、妊娠滋养细胞肿瘤、神经胶质瘤、毛细胞白血病、头颈癌、肝细胞癌、组织细胞增生症、霍奇金淋巴瘤、下咽癌、眼内黑色素瘤、胰岛细胞瘤、卡波西肉瘤、肾癌、朗格罕细胞组织细胞增生症、喉癌、急性淋巴性白血病、慢性淋巴细胞性白血病、唇与口腔癌、肝癌、肺癌、非霍奇金淋巴瘤、巨球蛋白血症、骨肉瘤、成神经管细胞瘤、黑色素瘤、默克尔细胞癌、间皮瘤、口癌、蕈状真菌病、骨髓增生异常综合征、多发性骨髓瘤、鼻腔和鼻窦癌、鼻咽癌、非小细胞肺癌、口腔癌、口咽癌、骨肉瘤、卵巢癌、卵巢上皮性癌、胰腺癌、乳头状瘤病、甲状旁腺癌、阴茎癌、咽癌、垂体瘤、前列腺癌、直肠癌、肾细胞癌、成视网膜细胞瘤、横纹肌肉瘤、唾液腺癌、肉瘤、皮肤癌、小肠癌、软组织肉瘤、睾丸癌、咽喉癌、胸腺瘤、胸腺癌、甲状腺癌、尿道癌、子宫癌、阴道癌和肾母细胞瘤。
21.根据权利要求1所述的方法，其中与所述软组织或脉管系统对电磁能的吸收相比， 所述对比剂具有增大的对电磁能的吸收。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述电磁能是微波能或射频电磁能。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述电磁能是射频能。
24.根据权利要求22所述的方法，其中所述电磁能是微波能。
25.根据权利要求1所述的方法，其中所述对比剂含有铁磁性颗粒或亚铁磁性颗粒。
26.根据权利要求22所述的方法，其中与所述软组织或脉管系统相比，所述对比剂具有增大的介电吸收或增大的离子电导率。
27.根据权利要求沈所述的方法，其中所述对比剂是高渗溶液。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述对比剂是5X生理盐水。
29.根据权利要求1所述的方法，其中与所述软组织或脉管系统对电磁能的吸收相比， 所述对比剂具有减小的对电磁能的吸收。
30.根据权利要求四所述的方法，其中所述电磁能是微波能或射频电磁能。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述电磁能是射频电磁能。
32.根据权利要求30所述的方法，其中所述电磁能是微波能。
33.根据权利要求1所述的方法，其中与所述软组织或脉管系统相比，所述对比剂具有减小的介电吸收或减小的离子电导率。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述对比剂是低离子溶液。
35.根据权利要求33所述的方法，其中所述对比剂是等渗溶液。
36.根据权利要求33所述的方法，其中所述对比剂是去离子的同渗浓度平衡的水、含有红花油的溶液或含有甘露醇、右旋糖或甘油的水溶液。
37.一种用于分析受试者中的软组织或脉管系统的系统，包括(i)注射器，其用于将对比剂递送至所述受试者；( )超声接收变换器或变换器阵列；(iii)电磁能发射器或发射器阵列，其中所述电磁能发射器或发射器阵列施用脉冲的电磁能以激发所述软组织或脉管系统中的热声效应；以及(iv)硬件或计算机，其含有用于处理由所述软组织或脉管系统产生的热声信号的软件。
38.根据权利要求37所述的系统，其中所述电磁能是无线电波能或射频能。
39.根据权利要求38所述的系统，其中所述电磁能是无线电波能。
40.根据权利要求38所述的系统，其中所述电磁能是射频能。
41.根据权利要求37所述的系统，还包括含有用于从所述热声信号产生二维图像或三维图像的软件的硬件或计算机。
42.根据权利要求41所述的系统，其中所述硬件或计算机随时间推移产生一系列的两个或更多个图像。
43.根据权利要求42所述的系统，其中所述两个或更多个图像之间的时间间隔是均勻的。
44.根据权利要求42所述的系统，其中所述两个或更多个图像之间的时间间隔是非均勻的。
45.根据权利要求37所述的系统，还包括含有使通过所述注射器递送所述对比剂与通过所述超声接收变换器或变换器阵列采集所述热声信号同步的软件的硬件或计算机。
46.根据权利要求37所述的系统，还包括含有从由所述超声接收变换器或变换器阵列接收的热声信号来确定一个或多个血液流动参数的软件的硬件或计算机，所述一个或多个血液流动参数包括血流量(BF)、血容量(BV)、平均通过时间(MTT)和组织渗透率-表面积乘积(PS)。
47.根据权利要求37所述的系统，其中所述电磁能发射器或发射器阵列针对特定的身体部位被预先形成。
48.根据权利要求37所述的系统，其中所述超声接收变换器或变换器阵列被连接于所述电磁能发射器或发射器阵列中的声学窗口。
49.根据权利要求37所述的系统，其中所述电磁能发射器或发射器阵列是柔性的以顺应身体表面形状的范围。
全文摘要
本发明提供用于分析受试者中的软组织或脉管系统、形成具有增大的软组织对比度的图像、确定软组织或脉管系统中的血液流动参数并且使用热声方法辅助诊断疾病的方法和系统。脉冲电磁能被施用于组织以激发软组织或脉管系统中的热声信号。声接收器或接收器阵列被耦合于受试者以检测并且记录所产生的热声信号。在施用生理上可接受的示踪物或对比剂之后采集热声数据。可以分析所采集的数据以产生软组织和脉管系统的图像(血管造影照片)、以确定血液流动参数和/或以诊断受试者的疾病。
文档编号A61B5/05GK102481108SQ201080026216
公开日2012年5月30日 申请日期2010年5月19日 优先权日2009年5月19日
发明者保罗·A·皮科特, 大卫·A·斯坦伯格, 迈克尔·M·桑顿 申请人:安德拉有限公司