专利名称：用于组合的光学－超声成像的化合物和方法
技术领域：
本发明涉及在用于分析或诊断超声或光学成像的方法中使用的化合物，特别是涉及到对照媒体的供应、使用超声或光学成像例如用于分析生物组织或用于诊断病人的组织的方法、以及用于执行分析或诊断超声或光学成像的设备。
存在若干种技术用于身体部分的诊断成像，包括超声成像或荧光成像。在混浊媒体(例如，组织)中荧光成像的主要问题是，由于激励光和发射的荧光性的光两者的强烈散射，空间分辨率很差。因此，传统的光学荧光层析术的分辨率限于约1cm3。当使用超声时，不会发生激励源的这样的散射。空间分辨率依赖于超声聚焦点尺寸，它大约为1mm3。
缺乏调制是当使用光(例如，荧光物的光)作为成像工具时遇到的另一个问题。已知通过由声波与照射的组合所创建的重建图像来重现图像，见A.Korpel的著作“Acousto-optics(声光学)”，Marcel DekkerInc.1997。在这样的方法中，由声波引起的折射率的变化通过折射率改变对入射光的影响而被可视化。然而，由声波引起的折射率的改变是小的，并且图像的质量差。
允许光的强度改变的另一个方法牵涉到修改在荧光施主-受主对的伙伴之间的距离。施主分子吸收激励光，但不发射荧光。如果施主接近于受主，则能量通过荧光谐振能量转移(FRET)或更一般地由于直接的偶极子-偶极子互动而转移到受主，并且受主发射荧光。因此荧光强度依赖于在施主与受主之间的距离。荧光谐振能量转移FRET是一种强烈依赖于在施主与受主之间的距离(r-6)的现象。从0％到100％的能量转移的过渡是非常陡的，即，可以达到高的荧光调制。FRET广泛地使用于生物应用，以用于确定在蛋白质之间的结合，或研究膜结构，或研究在膜之间的互动。为此，形成了泡囊，它包含用于FRET的荧光施主和受主(Wong和Groves(2002)Proc.Natl.Acad.USA 99，14147-14152；John等人(2002)Biophys.J.83，1525-1534；Leidy等人(2001)BiophysJ.80，1819-1828)。
包括荧光物组的超声微气泡泡囊是已知的，例如美国专利6,123,923。
本发明的目的是提供以下的任一项组合超声和光学成像的方法、用于这样的方法的对照媒体、用于这样方法的包括图像显示器的设备、图像本身和/或在该方法中使用的软件。
本发明的优点是提供用于诸如荧光X光层析摄影术那样的荧光成像的组分和方法。
本发明一方面涉及在藉助于改变在荧光施主和荧光受主之间的距离允许用对照媒体调制发射的荧光的方法中使用的化合物、组分等等。通过改变距离，荧光可被接通、调制、或关断。这些方法和化合物可用于成像，特别是用于诊断成像，例如在组织样本、移植用的人体器官、或患病的人或动物上实践的。
本发明描述用于组合的光学-超声成像的新颖的化合物、组分和方法。在这个组合的方法中，超声被用于高的空间分辨率，而荧光检测则导致高灵敏度。
本发明的化合物可以是经由FRET的能量交换用的粒子，包括施主和/或受主，或施主和/或受主组。
按照本发明的一个方面，超声场可被用来通过使用例如柔性粒子，诸如发泡的柔性粒子(例如具有荧光施主和/或荧光受主的微气泡)，把化合物或组分从非荧光状态切换到荧光状态(或反之亦然)。
按照本发明的另一方面，粒子可以被可聚焦的超声场强迫变形或振荡。这导致在荧光施主与荧光受主之间或粒子中的距离改变。在一个特定的实施例中，对FRET而言，由于FRET对于距离的强烈的相关性(r-6)，从0％到100％的能量转移的过渡是非常陡的。因此，可以达到高的荧光调制。
通过使用本发明的方法，空间分辨率能够由超声聚焦的尺寸所限制，而这大约为1mm3。这比起传统的光学荧光X射线层析摄影术的分辨率(≈1cm3)好三个数量级。因此，本发明把粒子作为对照媒体的使用组合了荧光成像的高灵敏度与超声的空间分辨率。
本发明提供基于具有高灵敏度(与PET相比较)的光学成像但无需放射性化合物的用于分子成像的方法。本发明还提供用于在光学荧光成像或诸如在组织或混浊媒体中跟踪时得到高的空间分辨率的方法。
本发明还涉及在制造用于组合的光学超声成像的对照媒体时使用含有荧光施主和/或荧光受主的粒子。施主和/或受主可例如以共价方式附着在粒子上。
本发明还涉及把包括荧光施主和/或荧光受主的粒子在施加超声后用于对荧光发射的调制。施主和受主可以同时存在于超声粒子中。替换地，在粒子中不存在施主和受主或仅存在施主或受主的任一项。附加的施主和/或受主被独立地投入并与粒子相互作用或合并。荧光可以由FRET生成，但也可以通过能量转移的其它机制诸如受激的状态反应而生成。
另外，可以记录在施加超声后由粒子发射的荧光的改变。
本发明还涉及组合的光-超声对照媒体，包括具有荧光施主和荧光受主的粒子。按照一个实施例，施主和/或受主例如以共价方式被附着在粒子上。
本发明还涉及用于制造用于超声成像的粒子的方法，其中使得粒子或用于所述粒子的化合物与荧光施主或受主接触。施主和受主可以分开地、合在一起、或接连地添加。另外，荧光施主和/或受主可以以共价方式与超声粒子或这样粒子的化合物结合。
本发明还涉及一组用于组合的光学超声成像的部件，包括从超声源、用于记录荧光的监视器和具有荧光受主和/或荧光施主的粒子中选择的组中的至少两个。
本发明还涉及包括具有荧光受主和/或荧光施主的粒子的药物组分，所述粒子还包括药物活性化合物。
本发明还涉及一种用来提供含有包括荧光施主和/或荧光受主的粒子的对照媒体的个人的身体部分或组织的图像的方法。这是通过使得身体部分或组织经受超声并记录由对照媒体发射的荧光中的调制而执行的。
本发明还涉及用于超声成像的设备，其中该设备包括超声源，以及用于检测发射的荧光的设备。光发射可以通过对超声束聚焦而被局部地调制。本发明涉及用于组合的光-超声成像的设备，包括超声源和用于检测发射的荧光的检测器，并且还包括用于根据检测的荧光生成图像的重建单元。另外，设备可包括使超声的发射和/或荧光的检测和/或图像的生成进行同步的装置。该设备还可包括在重建单元与用于检测发射的荧光的检测器之间的连接。另外，该设备可包括在重建单元与超声源之间的连接，或还可包括光源或用于记录超声的记录器。该设备还可包括一个控制单元，用于控制超声的生成和/或用随光源的光发射而记录超声和/或检测记录的光。这样的光源可以发射连续波、调制波、或脉冲波的光。超声源可以具有用于使超声波束聚焦的装置，由此局部调制来自具有荧光受主或荧光施主的粒子的光发射。超声源还可以具有生成声波脉冲或生成具有变化的频率和/或变化的方向的扩展的声波的装置。
本发明还提供一种基于计算机的设备，用于根据从超声源接收的数据和检测到的从包括荧光施主和/或荧光受主的粒子的对照媒体发射的荧光来执行对象的图像的重建算法，用于根据检测的荧光来生成图像的重建算法包括与压力相关的对照媒体的荧光模型。该设备可包括用于通过超声成像测量对照媒体的浓度的装置。超声源可发射脉冲形式的声波，它被聚焦成一条或多条线或一个或多个点。
本发明还提供一种基于计算机的方法，用于根据超声源接收的数据和检测到的从包括荧光施主和/或荧光受主的粒子的对照媒体发射的荧光执行对象的图像的重建算法，该方法包括通过使用与压力相关的对照媒体的荧光模型根据检测到的荧光来重建图像。该方法可包括通过超声成像测量对照媒体的浓度。超声源优选地发射脉冲形式的声波，它被聚焦成一条或多条线或一个或多个点。
本发明还包括软件产品，包括当在处理机上执行时用于执行本发明的任一种方法的代码。本发明还包括存储软件产品的机器可读的数据存储装置，例如，磁软盘、像CD-ROM或DVD-ROM那样的光存储驱动器、计算机的硬盘、磁带存储装置、计算机的存储器，例如RAM或ROM。
图1A显示按照本发明的实施例的、在压缩的发泡粒子上的荧光的原理。左面部分显示在弛豫状态下的粒子(例如，泡囊)施主分子(灰色)吸收来自激励光的能量(黑色箭头)，但在施主和受主(灰色)之间的距离太大，不能发生能量转移。右面部分显示粒子的受压缩或变形状态；这里能量从施主被转移到受主(弯曲的箭头)，并且发射受主荧光(灰色箭头)。图1B显示替换实施例，其中粒子具有矩形或棒状形状。
图2是按照本发明的实施例的、用于组合的超声和荧光成像的设备的示意图。1US换能器；2US发生器/接收器；3US图像重建器；4显示单元；5门信号；6US包络信号；7光激励源；8荧光检测器；9A/D转换器；10光重建器；12具有FRET施主和受主的粒子；13身体。
图3是按照本发明的实施例的用于组合的超声和荧光成像的、基于计算机的设备的示意性框图。
本发明将对于特定的实施例和参照附图进行描述，但本发明不限于此，而仅仅由权利要求限制。所描述的附图仅仅是说明性而不是限制性的。在图上，为了说明起见，某些单元的尺寸可被夸大而未按比例画出。在本说明和权利要求中使用的术语“包括”的场合下，它并不排除其它单元或步骤。在涉及到单数名词时使用不定冠词或定冠词，例如“一个(a)”或“一个(an)”，“该(the)”的场合下，这包括该名词的复数，除非某些情形被特别指出。
另外，本说明和权利要求中的术语第一、第二、第三等等被用来区分相同的单元，但对于描述顺序的和按时间的次序并不是必须的。应当看到，这样使用的术语在适当的环境下是可交换的，并且这样描述的本发明的实施例能够以不同于这里描述或说明的其它次序操作。
本发明的一方面涉及包括至少一个结合的或配对的荧光施主和受主，或分子的至少一个结合的荧光施主和受主单元，这种结合被安排成使得粒子的变形会把施主和受主靠得更近。施主和受主结合或分子可以共价方式附着在粒子上。
施主或受主可以是分子、分子组、或这种类型的复合物的任一项，以及在本发明中涉及到施主或受主的例子。
按照本发明的实施例，本发明的粒子是可变形的或柔性的。粒子可以是球形粒子，诸如泡囊。“泡囊”是指总体上具有形成一个或多个内部空间的一个或多个壁或膜的实体。泡囊例如可以从稳定的材料形成，诸如脂肪、蛋白质、聚合物、低表面张力物质和/或碳水化合物。形成稳定材料的脂肪、蛋白质、聚合物、低表面张力物质和/或其它泡囊可以是自然的、合成的、或半合成的。壁或膜可以是同圆心或其它形式的。稳定的化合物可以具有一个或多个单层或双层的形式。在一个以上的单层或双层的情形下，单层或双层可以是同圆心的。稳定化合物可被用来形成单薄片泡囊(由一个单层或双层组成)、少数薄片泡囊(由约两个或约三个单层或双层组成)、或多薄片泡囊(由约三个以上的单层或双层组成)。泡囊的壁或膜可以基本上是固体的(均匀)，或它们可以是多孔或半多孔的。泡囊的内部空间可以填充各种各样的液体、气体、或固体材料(或它们的组合)，例如包括水、油、氟化油、气体、气态先质(precursor)、液体和氟化液体，如果需要的话，和/或其它材料。泡囊还可包括光活性试剂、生物活性的或药物的化合物和/或目标配合基，如果需要的话。
特别适用于本发明的化合物和方法的球形粒子优选地是生物兼容的和/或高度可压缩或可膨胀的。例子是微气泡。这些可以是3到5μm直径的充满气体的小球，当暴露在超声压力场时，他们通过与它们的高可压缩性相联系的几种机理而提供它们的增强。[de Jong，N.和F.J.T.Cate，in Ultrasonics，1996.34(2-5)p.587-590；Moran，C.M.，等人in.Ultrasound in Medicine&Biology，2002.28(6)p.785-791]。当前在美国市场上有三种批准的超声对照媒体。由Bristol-Myers-Squibb销售和由Unger at ImaRX开发的Definity包含具有脂肪外壳和内部为八氟丙烷气体的1.1到3.3微米直径的球。由Amersham销售和原先由Mallinckrodt开发的Optison包含具有2到4.5微米的范围的直径的白朊壳和包含八氟丙烷气体的球。也由Amersham销售的Albunex是类似于Optison的但包含室内空气的第一代试剂。在欧洲，有几种批准的试剂。由Bracco销售的Sonovue是涂覆磷脂的六氟化硫微气泡，具有2.5微米的平均尺寸。由Schering销售的Echovist和Levovist已经使用了一段时间，它们包含糖-稳定的室内空气微气泡，具有不太受控制的尺寸分布(＞5μm)。
用于超声对照的物理机理牵涉到在气泡内气体的高的可压缩性和气泡的物理尺寸[de Jong cited supra；Harvey，C.J.，等人，in Advancesin Ultrasound(超声进展)Clinical Radiology，2002.57(3)p.157-177；Calliada，F.，等人in Ultrasound contrast agentsBasic principles(超声对照试剂基本原理)European Journal of Radiology，1998.27(2)p.S157-S160.]。在诊断成像频率下，微气泡可以经受振荡，它是静止直径的许多倍。这种效应在气体气泡谐振时受到特别增强。通过仔细选择微气泡内的气体和外壳材料的弹性特性，可以控制气泡的稳定性和它的对照效果。大尺度的振荡导致许多非线性效应。
脂肪体也是用于超声成像的潜在的有用的对照媒体。脂肪体作为用于药物传递的潜在机制的使用已超过25年。大多数脂肪体是非回波基因的(echogenic)，主要包含脂肪。通常脂肪体包含非气体的多薄片声音反射的脂肪[Demos，S.，等人，.Journal of the American College ofCardiology，1999.33p.867-875.]。这些脂肪体的特征在于存在许多小的和不规则的形状的泡囊，排列成“像覆盆子的”外观。脂肪体的直径典型地小于1微米。脂肪体的使用因散射过程而导致超声成像时增强的外观。然而，脂肪体具有低的稳定性和半寿命，并且没有主要的机械谐振与脂肪体相联系。
按照本发明的另一个实施例，粒子是胶束的。胶束是指由脂肪形成的胶体的实体。在优选实施例中，胶束包括单层、双层、或六边形HII位相结构(在液体媒体中脂肪的总的管状积累)，参阅例如US6,033,645。
具有与球形形状不同的其它形状的粒子可以经由超声变形，以便改变在粒子中存在的荧光施主与受主分子之间的距离。适用于本发明的化合物和方法的非球形粒子是棒状或Y形、管状或矩形。
按照本发明的另一个实施例，粒子是气凝胶。气凝胶一般是指球形或扁球形实体，其特征在于多个小的内部空隙(例如参阅US6,106,474)。气凝胶可以由合成材料(例如，由烘烤的间苯二酚和甲醛精制的泡沫)，以及自然材料，诸如碳水化合物(多糖类)或蛋白质形成。
按照本发明的另一个实施例，粒子是笼形物。笼形物是指可以与泡囊联结的固体、半多孔或多孔粒子。在优选形式下，笼形物可以形成包含空腔的笼形的结构，该空腔包括一个或多个粘在笼形物上的泡囊，如果需要的话，稳定的材料可以与笼形物相联以促进泡囊与笼形物的关联。笼形物可以由例如诸如羟磷灰石钙的多孔的磷灰石，和诸如由钙盐沉淀的藻蛋白酸那样的、聚合物和金属离子的沉淀物形成，例如参阅US 5,086,620。
按照本发明的方法，粒子受到超声场的作用，导致粒子的变形和/或振荡。超声波是纵向压缩波。对于纵向波，粒子在媒体中的位移平行于波运动的方向，这与其位移垂直于传播方向的横波相反。超声是指在人耳的可听见的频谱(20到20000Hz)的高端或以上的频率。医疗成像典型地使用约2.5MHz的频率。在本发明中，可以按希望选择较低的或较高的频率，这要取决于所检查的组织的类型和使用的粒子的类型。在超声成像中通常使用的参数是机械指数(＝峰值折射的或负的压力除以超声频率的平方根)。机械指数涉及到在组织中的峰值负压，因此涉及粒子的刚性，这种粒子是可用的和仍旧提供足够的变形以达到在本发明的实施例中使用的效应。MI的临床值是在1和2之间。在具体的实施例中，本发明的球形粒子在体积上能以至少5到约10，25，50或100之间的倍数被压缩，以使得荧光施主和受主分子互相靠近。在另一个具体的实施例中，本发明的球形粒子在体积上能以至少5到约10，25，50或100之间的倍数被扩展，以便移动施主和受主分子使互相远离。
按照本发明的一个实施例，在本发明的粒子的荧光施主和受主经由FRET(荧光谐振能量转移)交换能量。FRET是激励状态能量从施主(D)到受主(A)的转移，以及可以在施主(D)荧光物的发射光谱与受主(A)荧光物的吸收光谱重叠时发生。因此，通过以施主的吸收最大值激励和监视在荧光受主的长波长端的发射，有可能仅仅监视被键合和位于某个距离r内的D和A分子。
因此，可以监视D的猝灭或A的增强的发射。转移率kT以秒-1(每秒)计，在数学上被定义为kT＝(r-6JK2n-4λd)×8.71×1023(公式1)其中r是D-A距离，以埃计，J是D-A重叠积分，K2是取向因子，n是媒体的折射率，以及λd是施主的发射率。重叠积分J由下式以波长尺度表示J=∫0∞Fd(λ)ϵaλ(λ4)dλ]]>(公式2)
其中它的单位是M-1cm3，Fd是施主的经校正的荧光强度作为波长的函数λ，以及εa是受主的消光系数，以M-1cm-1计。在公式2中的常数项通常被加以组合以规定Forster临界距离R0，后者是发生50％转移的、以埃计的距离。通过代入，则R0可以根据重叠积分J，以埃计，被定义为R0＝9,79×103(K-2n-4ΦJ)1/6(公式3)其中Φd是施主的量子产量，R0和r涉及到转移效率，E为E=R06R06+r206]]>(公式4)它确定为了获得可使用的信号D和A而可被分隔开的实际距离。
从这些公式可以得出，对于高的灵敏度，施主-受主对被选择为它们具有高的量子产量、高的J值和高的R0值。例如，对于荧光物/若丹明对的R0是约为55埃。当包含D和A的分子互相键联时，为了得到可测量的信号，希望有大的R0值。实际上，如果要使用A的发射作为读出，通常使用为施主分子两倍的受主。
虽然施主和受主被称为一个“对”，但该“对”的两个成员可以是相同的物质，即它们可以是包括相同分子的两个元素的共轭。通常，两个成员是不同的(例如，荧光物和若丹明)。但有可能一个分子(例如，荧光物和若丹明)同时用作为施主和受主；在这种情形下，能量转移通过测量荧光物的去极化而被确定。也有可能是两个以上的部件，例如两个施主和一个受主，或任何的组合。
对施主或受主分子的参照取决于分子在能量转移复合物中的功能。复合物中的分子的特征在于它的物理特性，即是否吸收一定的波长的光，或是否发射荧光。这把分子分类为非活性的发荧光的或猝灭的。因此，下列情况是可能的绿色染料可以是对于红色染料的施主，而同时可以是蓝色染料的受主。
有用的施主-受主对的例子包括NBD(即，N-(7-硝基苯-2-oxa-1，3-重氮盐-4-yl))对若丹明，NBD对荧光物对四溴荧光素或四碘荧光素，dansyl对若丹明，和丙烯酸橙对若丹明。能够呈现FRET的市面上可买到的适当的标记的例子包括荧光素对四甲基若丹明；例如在来自Molecular Probes(Eugene Oregon)的BODIPY FL的商标下可买到的4，4-二氟-5，7-二甲基-4-bora-3a，4a-diaza-s-indacene-3-丙酸，琥珀酰亚胺酯，对例如来自Molecular Probes的BODIPY R6G的商标下可买到的4，4-二氟-5-苯基-4-bora-3a，4a-diaza-sindacene-3-丙酸，琥珀酸亚胺酯；Cy3.5单功能NHS酯对Cy5.5单功能NHS酯，Cy3单功能NHS酯对Cy5单功能NHS酯，和Cy5单功能NHS酯对Cy7单功能NHS酯，所有的这些是从Amersham Biosciences(Buckinghamshire，England)可买到；以及ALEXA FLUOR 555羧酸，琥珀酰亚胺酯对ALEXA FLUOR647羧酸，琥珀酰亚胺酯，这些是从Molecular Probes可买到的。
在FRET中使用的分子的其它的例子包括荧光素衍生物，诸如5-羧基荧光素(5-FAM)，6-羧基荧光素(6-FAM)，荧光素-5-异硫氰酸盐(FITC)，2’7’-二甲氧基-4’5’-二氯-6-羧基荧光素(JOE)；若丹明衍生物，诸如N，N，N’，N’-四甲基-6-羧基若丹明(TAMRA)，6-羧基若丹明(R6G)，四甲基吲哚碳化氰(Cy3)，四甲基-苯并茚碳化氰(Cy3.5)，四甲基吲哚二碳化氰(Cy5)，四甲基-吲哚三碳化氰(Cy7)，6-羧基-X-若丹明(ROX)；六氯荧光素(HEX)，四氯荧光素TET；R-藻红沅，4-(4’-二甲氨基苯-o)苯甲酸(DABCYL)，和5-(2’-氨基)氨基苯-1-磺酸(EDANS)。
特别适用于本发明的方法的另外的FRET施主和受主分子是荧光蛋白质，例如dsRed，GFP(绿色荧光蛋白质)或它的变例(增强的黄色荧光蛋白质)，ECFP(增强的青色荧光蛋白质)，EBFP(增强的蓝色荧光蛋白质)。
按照本发明的另一个实施例，施主/受主的其它组合也是可能的，诸如荧光施主/猝灭受主或荧光施主/荧光受主，其中其发射可以由波长或寿命来区分。
示例性猝灭染料在技术上熟知的，例如，如Clegg，“Fluorescenceresonance energy transfer and nucleic acids(荧光谐振能量转移和核酸)，”Methods of Enzymology，211353-389(1992)所描述的。经济的可买到的猝灭剂的例子是dabcyl、QSY7、QSY9、QSY21、QSY35(Molecular Probes，Eugene，Oregon)。
用于FRET的荧光施主和受主对可以被局限在粒子的外面、粒子的里面，或可以嵌入在粒子膜或粒子外壳中。在具体的实施例中，施主是在粒子的里面，而受主对是在粒子的外面或在壁上等等。用于经由FRET进行能量交换的荧光施主和受主对可以是以共价方式束缚在粒子上或可以经由离子相互作用或经由亲水结合而可逆地束缚在粒子上。在特定的实施例中，施主和受主是在粒子的里面或在粒子的外面。这样的气泡的压缩和膨胀分别使得施主和受主互相靠近或使得它们互相分隔开。
在特定的实施例中，荧光施主和受主分子以共价方式束缚在超声粒子或化合物上以用于制造化合物。用有机染料给生物化合物加标记的工具和方法是例如从Molecular Probes(Eugene，Oregon，USA)可得到的。如上所述，超声粒子可以是类脂物、碳水化合物或蛋白质源的(白朊)。把蛋白质(例如荧光GPF蛋白质和派生物)共价链接到其它蛋白质脂肪或碳水化合物的产品是例如可从Pierce(Rockford，Illinois，USA)得到。共价结合允许把明确规定量的施主或受主结合到粒子上。替换地，施主和受主在与这样的粒子组合之前与超声粒子的化合物分开地加标记。加标记和未加标记的量以需要的量混合，达到标记在超声粒子中适当的空间分布。
在另一个实施例中，荧光施主和受主不处在超声粒子上。例如，施主或受主分子在气泡在组织中吸收染料后被注入。也有可能注入猝灭剂等等。所有的这些化学物质可以与组织发生反应使成为活性的或非活性的。
在再一个实施例中，荧光受主和/或施主与超声粒子微弱地结合。
在特定的实施例中，本发明的粒子还包括附加化合物或试剂，诸如用于例如经由组织或细胞特定的生物试剂，例如单无性系或多无性系抗体，把整个粒子瞄准组织或细胞类型的化合物或试剂。这方面的例子是对细菌或病毒具有抗体的粒子，允许使用超声以敏感地和特定地检测传染病。
在特定的实施例中，本发明的粒子还包括附加化合物，诸如生物活性或治疗上活性的化合物，例如药物化合物。这些生物活性或治疗上活性的化合物可以经由诸如扩散的被动方式从粒子得到释放，但它也可以以主动方式，例如通过增加超声频率和/或增加幅度到这样的水平，使得粒子部分地或全部破坏而被释放。
在特定的实施例中，不同于FRET施主或受主的染料在含有荧光受主分子的超声成像用的粒子之前、之后或同时注入到身体的一个或多个组织。如果染料与某些生理参数，诸如pH，发生反应，则这个参数同样可以使用投入的染料来确定。修改或破坏染料(像氧或过氧化物)那样的染料新陈代谢活动或从光质(例如，5’ALA对原卟啉)产生染料的其它新陈代谢活动也可以被加到通过本发明的方法和化合物得到的图像中。这些染料以前是在光学(荧光)X射线层析摄影术和荧光内窥镜中被使用的。
在优选实施例中，如上所述与环境条件有关的染料在本发明的气泡上是FRET施主或受主本身，这允许减小所需要的染料的量。然而，只有与组织处于平衡状态的参数(诸如pH，氧压力和温度)才可被测量。
通过注入染料，组织的光吸收可能改变。这个改变可以在吸收图像上看到。附加染料的优点在于，它在身体中的分布与气泡相比是很不相同的。气泡主要限制在血管系统。染料可以是小分子，它可以渗透细胞膜。染料也可以与组织发生反应而改变吸收。这方面的例子是pH指示剂染料。
这种附加染料也可以是荧光染料。通过荧光染料，可以发生荧光物引起的荧光。一个可能性是把染料引入组织，它把外部光变换成其波长使得它可以激发超声粒子发荧光。在另一个实施例中，投入的染料是荧光染料，它可以由在超声粒子上的施主分子的荧光所激励。同样，这种附加荧光素染料可以对外部参数(如pH，温度和O2压力)起反应。如果附加染料是化学发光的，则不再需要外部光源。
在又一个实施例中，化学(例如，温度，pH)敏感的荧光施主和受主分子停留在超声粒子上。
在气泡上的染料可以例如对pH起反应，以允许检测pH环境的存在，从而报告局部酸度或温度。适用的pH指示剂在5.5到7.5的pH范围内起作用。这个选项特别适用于快速扩散到血液系统的化学物质。
另一方面，本发明涉及诸如用于超声成像那样的对照媒体，包括具有经由FRET能量交换的荧光施主和受主的粒子。
在对照媒体中使用的添加物是本领域技术人员已知的，它包括例如适用于输液、注射、口服投药的配方，诸如液体、喷雾和片剂。
对于血管内的使用，粒子优选地具有小于30微米的直径，更优选地，小于约12微米。对于包括例如结合到某个组织(诸如癌组织)的瞄准的血管内的使用，泡囊在直径上可以大大地小于例如100nm。对于肠内或肠胃的使用，泡囊在尺寸上可以大大地大于，例如高达1毫米。通常，对于医疗或诊断应用，泡囊尺寸定为从约2微米到约10，25，50，75或100微米的直径。
按照一个实施例，用于在粒子上经由FRET的能量交换的施主和受主分子是在这样的距离内，以使得当粒子处在静止状态时不发射荧光。在用超声激励粒子后在荧光施主与受主分子之间发生能量转移后发射荧光。施主和受主分子在粒子上的密度取决于粒子的柔顺性和施加的超声的类型(当粒子不太柔顺和施加的超声频率是较低时，染料的密度要更高)，并且它可以由经验确定。
按照另一个实施例，在粒子上荧光施主和受主分子是在这样的距离内，使得当粒子处在静止状态时就发射荧光。在用超声激励粒子后不发射或发射很少的荧光，因此在荧光施主与受主分子之间经由FRET的能量交换的能量转移被削减或消除。
另一方面，本发明涉及使用超声来对包括荧光施主和受主分子的粒子经由FRET的能量交换而发射的荧光进行调制。在本发明的方法中，超声能量源被用来迫使粒子变形或振荡，这导致在粒子上存在的荧光施主与受主分子之间的距离的改变。
任何电磁辐射可被用来激励荧光施主。在本发明的方法中，荧光施主的激励可以由约160nm到2000nm的波长的光来执行，取决于荧光染料的特定选择。
另一方面，本发明涉及检测在具有荧光施主和受主分子的粒子受到超声作用后的荧光的调制。由于粒子的振荡，荧光的强度将不断地接通和关断，或被调制。通过谐波的生成检测对照试剂的振荡频率在声谱学中是熟知的例如在“Contrast-enhanced Ultrasound of LiverDiseases(肝病的对照增强的超声)”，Solbiati等人，Springer 2003中描述的谐波B型成像。本发明的一个方面，不是通过它的超声能量的调制(或不仅仅通过这样的谐波超声能量)而是通过荧光的发射或抑制来检测这样的振荡。
图2显示作为本发明的实施例的设备的示意图。按照本发明的具有荧光施主和受主的粒子12被引入到样本13，诸如身体器官、生病的人或动物的身体，或要被成像的其它目标。该设备提供身体的常规B型超声图像以及具有由所述粒子12的浓度确定其对比度的荧光图像。对于超声图像，直线超声换能器阵列1以波束形状对准z方向发射如在常规的B型成像时使用的几种波长的超声脉冲。当脉冲通过身体时，在内部表面上的反射产生回波信号U(t)，由换能器1接收。超声接收单元2使用关系式s＝c*t/2(c＝在组织中的传播速度)，把这转换成一维超声图像。脉冲发射用横向移位的和/或成角度的波束重复进行。超声图像重建单元3收集一维超声图像，并由此计算二维图像，由显示单元4显示。
荧光图像与此并行地形成，如下所述。当超声脉冲通过身体时，它使得所述粒子12沿它的路径振荡。一个或多个光激励源7把与施主的吸收光谱的光谱重叠的激励光提供到身体的所有的部分。
光源可以是连续的或脉冲的，例如连续波、具有规定的(可变的)波长的调制波或脉冲波。在受到振荡的粒子12上的受主产生正比于粒子12沿脉冲的路径的局部浓度的荧光信号。荧光由光电二极管或由被附着在身体上的光电二极管8的阵列检测，以便收集尽可能多的荧光。优选地，二极管阵列为同一个目的而覆盖尽可能多的身体表面。光电二极管的光输入端可以配备有滤色镜，用于阻挡光的激励源7的光，优选地只能通过荧光，这样，其它光例如环境光就不会干扰信号。由光电二极管检测的信号被相加，相加后的信号S(t)由A/D转换器9进行数字化。因为有用的信号只在超声脉冲发射后第一次穿过身体期间才能被记录，所以AD转换器9的操作由超声生成单元1藉助于选通信号5被门控制。优选地，选通信号在超声脉冲发射时间开始采样，并在脉冲穿过整个身体后或在脉冲衰减很多以致不再有有用信号可被记录后停止采样，这要按哪一个时间更短而定。这些时间可根据身体的尺寸和超声波束的衰减深度进行计算。光重建单元10使用关系式z＝c*t把信号S(t)转换成一维荧光图像。为了提高沿波束路径的分辨率，信号可以用由超声生成单元2在数据连接6上提供的超声脉冲的脉冲形状进行去卷积。光图像重建单元10收集一维光学图像，并由此计算二维图像，由显示单元4显示。显示单元可以分开地显示超声图像和光学图像，或显示二者的组合，例如光学图像与超声图像的彩色重叠。
在另一个实施例中，超声换能器1被设计成不产生波束，而是产生在规定的深度和位置处的明显的超声聚焦点。藉助于门线5，光信号只在脉冲穿过聚焦点的短的时间间隔内被记录，并且探测在聚焦点处粒子12的局部浓度。聚焦点横穿过身体，逐点地探测浓度，而不是用逐行的方法。这种逐点的方法比按行的方法慢，但具有如下优点排除了通过散射的或反射的超声波产生的荧光会干扰光信号，而这正是按行的方法的情形。
取决于设备的设置，可以设想不同的操作配置，每种配置都是本发明的实施例。
配置1只有光学成像，没有组合的控制，包含以下步骤1.超声控制程序启动超声生成。
2.光学控制程序启动光激励和检测。
3.光学控制程序把记录的光学数据和有关扫描序列的信息发送到重建。
4.超声控制程序把有关超声生成的信息发送到重建。
5.该重建取得光学和超声数据，并计算参数。
6.显示结果，数据存储等等。
配置2光学和超声成像，没有组合的控制，包含以下步骤1.超声控制程序启动超声生成和检测。
2.光学控制程序启动光激励和检测。
3.光学控制程序发送记录的光学数据和有关扫描序列的信息到重建。
4.超声控制程序发送有关超声生成的信息和记录的超声数据到重建。
5.该重建取得光学和超声数据，并计算参数。
6.显示结果，数据存储等等。
配置3光学和超声成像，组合的控制，包含以下步骤1.控制程序启动超声生成和检测以及光激励和检测。
2.控制程序发送记录的光学数据和超声数据以及有关扫描序列的信息到重建。
3.该重建取得光学和超声数据，并计算参数。
4.显示结果，数据存储等等。
本发明的另一个方面是图像的重建。按照本发明的实施例的重建的一个优选的方法是迭代重建。它牵涉到一个前向模型，这是对给定的参数组计算测量的数据的方法。对于迭代重建，更新机制按照在测量数据与计算数据之间的差值修改参数组。这个更新可以是后向投影。
迭代重建以交替方式使用这两个步骤，正如在以下的步骤中表示的1.首先，对对象的参数初始化(通过先前的知识，或替换地仅仅通过均匀值)。
2.对参数应用前向模型，即，根据这些参数计算数据。
3.使用计算出的数据与测量的数据之间的差值来更新参数。
4.重复进行步骤2和3，直至满足预定的停止准则为止。
有许多执行重建的方式，所有的这些都属于本发明的范围内，例如Arridge and Hebden，Phys Med Biol 1997，841-853；Arridge，InverseProblems(逆向问题)1999，R41-R93。已知的方法的一个可能的缺点在于，提出的重建问题会较为恶劣。这意味着，几个参数可同时改变，以使得输出信号几乎不改变。所以，在图像上有许多模糊。所以，重建算法典型地使用许多有关待检查的组织的以前的知识。这减小图像的诊断价值。
为了克服现有技术的问题，本发明的方法提出或者在本地化的光源或者光检测器在对象之内。它们可自由地放置在组织中任何位置，因此把提出的恶劣的重建问题转置成很好地提出的问题。
除了在现有技术中已知的方法步骤以外，本发明提供诸如气泡那样的粒子体，它们可通过外加压力而有效地改变它们的荧光和/或光谱。气泡被引入到待测试的对象，例如组织。然后，施加各种不同的声压场。本发明设想该压力场可以具有非常不同的形状。容易用于重建的一种形状是聚焦的超声点，它移动经过待检查的组织。这实际上是使用聚焦点进行扫描，由此压力波正好是在成像过程中已知的调制，所以许多不同的方式是可能的。优选的波的共同特性在于，如果选择它们的某些叠加，则在许多位置上(以立体像素数的量级)生成如超声能量的聚焦那样的“点(spot)”。从不同的方向和具有不同的频率的、类似于平面波的波前也属于本发明的范围内，它对最后的图像上的信噪比方面是有利的。
为了利用超声信息，取得测量的光学数据和重建参数的处理单元应当也获得有关所生成的超声波的信息。这意味着，该“组合的光学超声成像”技术通过来自重建单元的连接而工作，从而进行光学数据记录和超声生成。这是两个机器的最小的联系。
但是，优选地，这两个机器也在系统的控制端处相接口，即，应当有一个单元来同时控制光激励和检测以及超声生成和检测。
另一个优选的接口在于，重建单元不单取得记录的光学数据，而且还使用记录的超声数据。超声产生气泡的振荡，它将生成FRET效应，但超声同时优选地被用来形成目标的常规超声图像。这个信息可被用来以有利的方式重建图像。在被用于重建的模型中，要加上作为参数的粒子体，例如气泡的荧光和(已知的)压力波。该重建提供粒子的浓度和组织的某些光学特性。对于组织的本身的光学特性，该方法允许气泡与组织的某些相互作用。
有用的是在重建时除去一个未知量，例如粒子体浓度，诸如气泡浓度。气泡在超声图像中是相当容易看到的，例如因为它们生成可被检测到的谐波，这是由于这些谐波具有不同的频率。于是这种已知的浓度可被插入到重建算法中。
另一方面，本发明涉及对于组合的光学超声成像的含有施主和受主用于经由FRET的能量交换的粒子。
在一个实施例中，本发明的组合的光学超声成像是对于包括人在内的哺乳动物对象的身体或部分执行的，以便得到有关对象的信息。
另一方面，本发明涉及一种从一个包括具有荧光施主和受主的粒子的对象得出图像信息的方法，所述方法包括使对象受到超声的作用和记录由含有荧光施主和受主的粒子所发射的荧光的改变的步骤。
在特定的实施例中，本发明涉及提供身体部分的图像的方法，包括以下步骤a)把包括具有荧光施主和受主的粒子的对照媒体投放到所述身体部分，b)使对象受到上超声的作用和记录由对照媒体发射的荧光的调制的步骤。
再一方面，本发明涉及包括使用经由FRET的能量交换的施主和/或受主分子的粒子来制造用于超声成像的诊断对照媒体。
再一方面，本发明涉及含有本发明的粒子的药物组分和药物活性化合物。
再一方面，本发明涉及包括超声源的设备和用于检测荧光的设备。
现在通过以下的例子说明本发明。
例1具有荧光施主和受主分子的粒子的制造绿色荧光蛋白质及其衍生物通过使用市面上可买到对于Clontech(Palo Alto，California，USA)的媒介物的重组细胞DNA技术来表达。白朊分别与CFP(青色荧光蛋白质)和YFP(黄色荧光蛋白质)的交叉链接是通过使用双功能试剂DSS(丁二酸氢基辛二酸，Pierce，Rockford，Illinois，USA)按照制造者指令执行的。未加标记的白朊、CFP标记的白朊、和YFP加标记的白朊的混合物用于制造微白朊壳，正如在US5,855,865中描述的。对于外壳要测试它们在经超声处理时发射荧光的能力。当在没有超声下出现背景荧光时，加标记的白朊对未加标记的白朊的比值会减小。当在施加超声后没有出现荧光或荧光出现不足时，加标记的白朊对未加标签的白朊的比值增加。这种迭代过程确定在加标记的与未加标记的白朊之间的所需比值，以得到在粒子上荧光施主与受主之间的最佳距离。
例2用于组合的光学-超声成像的设备的配置按照本发明的一个实施例，用于组合的超声/光学成像的设备包括以下的混合物。
A)光学部分，正如例如在已知的X射线层析摄影术装置中使用的，该装置具有任何适当的光源，例如连续波、具有规定的波长的调制波或脉冲波。光源的波长和带宽优选地与所牵涉的染料的吸收特性匹配。优选的特性是荧光施主的有效的激励，而同时受主具有低的直接激励。光源波长优选地与施主的发射很好地分开，并且处于这样一个波长范围中，其中组织的自发荧光和组织的吸收是低的就像在近红外光的情形下那样。由光源产生的光顺序地在许多点被耦合到待研究的对象。这可以通过被安排在包含对象的测量腔室(例如，圆柱)的周围的光管道或光纤实现。为了得到更好的光学特性，腔体室可任选地用具有与组织相似的散射特性和具有低吸收的匹配流体来填充。
由对象发射的荧光同时在几个点处进行检测，例如通过在测量腔体室周围的光纤，而检测器则位于光纤的另一个端。检测可以在空间上和/或时间上被分辨。例如，在优选实施例中，发射的激励光和荧光的检测是分开地执行的。
对在不同位置照射对象而检测到的光是对于吸收和散射系数以及在对象里面的对照媒体浓度的重建所需要的数据组。这些是与已被重建的对象的立体像素有关的参数。该参数例如可以代表吸收长度、散射长度、(荧光)染料浓度。
B)超声部分设备的超声部分包括至少一个换能器。在特定的实施例中，使用了正规的超声成像设备。
为了利用超声和光学信息到它的最大程度，取得测量到的光学数据和重建参数的处理单元优选地要获取有关生成超声波的信息。用于执行本发明的组合的光学超声方法的设备，在一个实施例中，包括从重建单元分别到光学数据记录设备和超声生成设备的连接。该连接可以是任何适当的连接，诸如无线或有线电缆，或光纤连接。在优选实施例中，因为具备和使用了一个用来控制光学激励和检测以及超声生成和检测的单元，因此光学数据记录设备和超声生成设备两者都在系统的控制端处被接口。在另一个优选实施例中，除了记录光学数据以外，重建单元还记录和利用记录的超声数据。由施加超声得到的图像同样地可以与由光学成像得到的图像进行比较或被合并到该图像。
例3图3是可被用于按照本发明的方法和系统的计算系统的示意图。特别地，图3显示例2的实施方案作为基于计算机的系统。例2的所有的方面都包括在例3中，下面仅仅讨论有关的差别。
显示的计算机系统50可包括视频显示终端14、数据输入装置，诸如键盘16、和图形用户接口指示装置，诸如鼠标18。计算机50可以用通用计算机实施，例如，UNIX工作站或个人计算机或在专用的机器内。
计算机50包括中央处理单元(“CPU”)15，诸如传统的微处理器，由Intel公司，USA，提供的Pentium IV处理器仅仅是它的一个例子，以及经由系统总线22互联的多个其它单元。计算机50包括至少一个存储器。存储器可包括本领域技术人员已知的任何的各种各样的数据存储装置，诸如随机存取存储器(“RAM”)、只读存储器(“ROM”)、非易失性读写存储器，诸如本领域技术人员已知的硬盘。例如，计算机50还可包括随机存取存储器(“RAM”)24、只读存储器(“ROM”)26、以及任选的显示适配器27，用于把系统总线22连接到任选的视频显示终端14，以及任选的输入输出(I/O)适配器29，用于把外围设备(例如，磁盘和磁带设备)连接到系统总线22。视频显示终端14可以是计算机10的视觉的输出，它可以是任何适当的显示设备，诸如在计算机硬件技术中熟知的基于CRT的视频显示器。然而，例如，对于便携式或笔记本电脑，视频显示终端14可以用基于LCD的或基于气体等离子体的平板显示器。计算机50还包括用户接口适配器19，用于连接键盘16、鼠标18、任选的扬声器36，以及允许输出到超声生成系统20和任选地从该系统输入。系统20类似于例2的超声部分。生成器20可被连接到任选的网络40，例如，局域网或无线连接或网络。
用于从待测试的身体检测光强度变化的光学系统21也可以经由通信适配器39连接到总线22。系统21类似于例2的光学部分。适配器39可以把计算机50连接到数据网络41，诸如局域网或广域网(LAN或WAN)或无线连接。从光学系统21到计算机系统50的输入典型地是由光学系统获取的图像。计算机系统50发送命令到系统21以便引导来自光学系统的照射，并协调光学系统21与超声生成器系统20。
系统20和/或21的参数控制单元37也可以经由通信适配器38连接到计算机50，例如经由诸如无线连接或LAN等等的连接。参数控制单元37可以接收来自按照本发明运行计算机程序的计算机50的输出值或表示或从这样的输出值得出的数值，并可以适配于响应于接收到来自计算机50的输出去改变系统20和/或系统21的参数。
计算机50还可包括位于机器可读出的媒体内的图形用户接口以引导计算机50的操作。任何适当的机器可读出的媒体可以支持图形用户接口，诸如随机存取存储器(“RAM”)24、只读存储器(“ROM”)26、磁盘、磁带、或光盘(后三项位于磁盘和磁带驱动器23中)。任何适当的操作系统和相关的图形用户接口(例如，微软视窗)可以指挥CPU15。另外，计算机50包括存在于计算机存储器装置52内的控制程序51。控制程序51包含一些指令，当它们在CPU上被执行时，实施关于本发明的方法描述的操作。特别地，控制程序可包括用于根据系统20，21所接收的数据重建图像的程序。本发明还包括用于重建图像的软件。按照本发明的实施例，当软件在处理机上被执行时，可实施迭代式的重建。它包括前向模型，这是对于一个给定的参数组计算测量的数据的方法。对于迭代式的重建，一个更新机制按照测量数据与计算数据之间的差值修改参数组。这种更新可以是一个背投影。
迭代式重建以交替的方式使用这两个步骤，如在以下步骤中表示的1.首先，对对象的参数进行初始化(通过先前的知识，或替换地仅仅通过均匀值)。
2.把前向模型应用于参数，即，从这些参数计算数据。
3.使用计算数据与测量数据之间的差值来更新参数。
4.重复进行步骤2和3，直至满足预定的停止准则为止。
有许多执行重建的方式，所有的这些都属于本发明的范围内，例如Arridge和Hebden，Phys Med Biol 1997，841-853；Arridge，InverseProblems(逆向问题)1999，R41-R93。为了减小图像的模糊度，重建算法优选地使用有关待检查的组织的以前的知识。替换地，本发明使用本地化的光源或在对象内例如在要测量的组织内的光检测器。它们是自由地放置在组织中任何位置上的，因此提供一个很好地提出的方法。
本发明提供诸如气泡那样的粒子体，通过外加的压力有效地改变它们的荧光和/或光谱。气泡被引入到待测试的对象，例如组织。然后，施加各种不同的声压场。本发明认为压力场可以具有非常不同的形状。容易用于重建的一个形状是聚焦的超声焦点，它移动经过待检查的组织。这实际上是使用聚焦点进行扫描，由此压力波只是在成像过程中已知的调制，所以许多不同的方式是可能的。优选的波的共同特性在于，如果选择它们的某些叠加，则在许多位置上(按立体像素的号码的次序)会生成如把超声能量聚焦那样的“焦点”。从不同的方向和具有不同的频率的、类似于平面波的波前也属于本发明的范围内，它在最后图像上的信噪比方面是有利的。
为了利用超声信息，处理单元具有用于取得测量的光学数据和重建参数的软件，并获取有关生成的超声波的信息。这意味着，加到重建算法的输入是光学数据记录和超声生成数据这两者。
优选地，提供了控制光激励和检测以及超声生成和检测的软件。
另一个优选的接口在于，重建单元不单取得记录的光学数据，而且还使用记录的超声数据。超声产生气泡的振荡，它将生成FRET效应，但超声同时优选地被用来产生对象的常规的超声图像。这个信息可用来在重建算法中以有利方式重建图像。在被用于重建算法的模型中，粒子体(例如气泡)的荧光和(已知的)压力波作为参数被添加上。重建算法提供粒子的浓度和组织的某些光学特性作为输出。对于组织的本身的光学特性，该方法允许气泡与组织的某些相互作用。
软件算法优选地在重建时消除一个未知的量，例如像气泡浓度那样的粒子体浓度。气泡在超声图像中是相当容易看到的，例如因为它们生成可被检测的谐波，而谐波具有不同的频率。然后这个已知的浓度被插入到重建算法中。
本领域技术人员将会看到，图3上表示的硬件可以随特定的应用而变化。例如，除了已描述的硬件以外，或为了代替这些硬件，可以利用诸如光盘媒体、音频适配器那样的其它外围设备，或在计算机硬件技术上熟知的、诸如PAL或EPROM编程设备那样的芯片编程设备等等。
在图3所示的例子中，计算机程序产品(即，控制程序51)可以处在计算机存储装置52中。然而，重要的是，虽然已经这样来描述和将继续这样描述本发明，但本领域技术人员将会看到，本发明的机制能够作为程序产品以各种不同的方式被分发，本发明同样地适用而不管用来实际上执行分发的信号承载媒体的具体的类型。计算机可读信号承载媒体的例子包括可记录的类型和机器可读出的媒体，诸如软盘、光学存储装置，诸如CDROM或DVDROM，计算机的硬盘，磁带存储装置，计算机的存储器，例如RAM或ROM，以及传输类型媒体，诸如数字和模拟通信链路。
用于完成体现本发明的方法和系统的目的的其它安排对于本领域技术人员是显而易见的。应当看到，虽然这里对于按照本发明的设备讨论了优选实施例、特定的结构和配置，但可以在形式和细节上作出各种改变或修改方案而不背离本发明的范围和精神。
权利要求
1.一种用于组合的光学-超声成像的设备，包括超声源和用于检测发射的荧光的检测器，其特征在于，还包括用于根据检测到的荧光生成图像的重建单元。
2.按照权利要求1的设备，还包括用于使超声发射和/或荧光的检测和/或图像的生成同步的装置。
3.按照权利要求1或2的设备，还包括在重建单元与用于检测发射的荧光的检测器之间的连接。
4.按照权利要求1到3的任一项的设备，还包括在重建单元与超声源之间的连接。
5.按照权利要求1到4的任一项的设备，还包括光源。
6.按照权利要求1到5的任一项的设备，还包括用于记录超声的记录器。
7.按照权利要求5的设备，还包括一个控制单元，用于控制a)超声的生成和/或超声的记录与b)光源的光发射和/或所记录的光的检测。
8.按照权利要求1到7的任一项的设备，其中光源发射连续波、调制波或脉冲波的光。
9.按照权利要求1到8的任一项的用于超声成像的设备，其中超声源具有用于聚焦超声波束由此从具有至少一种荧光受主或一种荧光施主的粒子局部地调制光发射的装置。
10.按照权利要求1到9的任一项的用于超声成像的设备，其中超声源具有生成声波的脉冲的装置。
11.按照权利要求1到8的任一项的用于超声成像的设备，其中超声源具有用于生成具有可变频率和/或可变方向的扩展的声波的装置。
12.在制造用于组合的光学-超声成像的对照媒体时的一种包括荧光施主和荧光受主的粒子的使用。
13.按照权利要求12的使用，其中施主和受主是附着到所述粒子上的。
14.在施加超声后使用含有荧光施主和荧光受主的粒子以用于荧光发射的调制。
15.按照权利要求14的使用，其中施主和受主两者都存在于粒子上。
16.按照权利要求14或15的使用，其中荧光发射由FRET产生。
17.按照权利要求14或15的使用，其中能量转移通过受激状态的反应产生。
18.按照权利要求14到17的任一项的使用，还包括记录在施加超声后由粒子发射的荧光的改变。
19.一种组合的光学-超声对照媒体，其特征在于，包括荧光施主和/或受主，其中所述施主和/或受主是附着在粒子上的。
20.一种制造用于超声成像的粒子的方法，包括把所述粒子或用于所述粒子的化合物相继地或同时地接触荧光施主和/或受主，以及使荧光施主和/或受主分子与所述粒子或用于所述粒子的化合物起反应。
21.一组用于组合的光学-超声成像的部件，包括超声源、用于记录荧光的监视器、和具有荧光受主和/或荧光施主的粒子。
22.一种包括以荧光受主和/或荧光施主的粒子为特征的药物组分，所述粒子还包括药物活性的化合物。
23.一种提供具有对照媒体的个人的身体部分的图像的方法，该对照媒体包括含有荧光施主和/或荧光受主的粒子，-在身体部分上施加超声，以及-记录由对照媒体发射的荧光的调制。
24.一种基于计算机的用于执行重建算法的设备，根据超声源接收的数据和检测到的从对照媒体发射的荧光来重建目标的图像，对照媒体包括含有荧光施主和/或荧光受主的粒子，用于根据检测到的荧光来生成图像的重建算法包括对照媒体的与压力有关的荧光模型。
25.按照权利要求24的设备，还包括用于通过超声成像来测量对照媒体的浓度的装置。
26.按照权利要求24或25的设备，其中超声源发射脉冲的声波，并被聚焦成一条或多条线或一个或多个点。
27.一种基于计算机的方法，用于根据超声源接收的数据和检测到的从对照媒体发射的荧光执行对象的图像的重建算法，该对照媒体包括含有荧光施主和/或荧光受主的粒子，该方法包括根据检测到的荧光利用对照媒体的与压力有关的荧光模型来重建图像。
28.按照权利要求27的方法，还包括通过超声成像来测量对照媒体的浓度。
29.按照权利要求27或28的方法，其中超声源发射声波，该声波是脉冲并被聚焦成一条或多条线或一个或多个点。
30.一种软件产品，包括当在处理机上执行时用于执行权利要求27到29中任一项方法的代码。
31.一种机器可读的数据存储装置，存储权利要求30的软件产品。
全文摘要
本发明涉及用于组合的光学超声成像的新颖方法和化合物。本发明的化合物涉及包括用于经由FRET进行能量交换的荧光施主和受主分子的粒子。本发明的方法使用超声来修改在粒子上存在的施主和受主分子之间的距离，从而修改由施主和受主发射的荧光。本发明的化合物和方法在医疗或诊断成像中是有用的。
文档编号G01N33/542GK101019028SQ200580030568
公开日2007年8月15日 申请日期2005年9月6日 优先权日2004年9月10日
发明者T·奈尔森, S·韦斯, T·谢夫特, B·格莱克, P·哈克, U·范斯特芬达尔, P·梅热克威茨 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司