CN110507917A - 一种超高场磁共振引导的低强度聚焦超声爆破系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超高场磁共振引导的低强度聚焦超声爆破系统，它包括9.4T磁共振装置和低强度聚焦超声爆破装置。9.4T磁共振装置包括有主磁体，小动物床、磁共振线圈和显示器，低强度聚焦超声爆破装置包括有超声换能器、超声神经刺激仪以及能使超声换能器作定点爆破的固定装置，其中，爆破过程中固定装置置于磁共振装置的线圈内部，固定装置上连接有可固定于磁共振装置小动物床的固定绑带，两条绑带的表面设置有能够互相粘合的自粘扣。本发明所提供的装置中，超声换能器定点爆破位置不受小动物床上部及磁共振线圈内空间限制、并且对磁共振装置干涉较少，充分发挥磁共振成像装置的功效，达到更好的爆破效果。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，涉及一种聚焦超声爆破系统，尤其涉及一种超高场磁共振引导的低强度聚焦超声爆破系统。
背景技术
肺癌的发病率和死亡率均居首位。近些年来，用于肿瘤的诊疗一体化研究引起广泛重视。大量研究表明，实体瘤由于肿瘤细胞的快速增殖、血管发育不完全而引起肿瘤内乏氧，导致缺氧相关性药物抵抗，从而使癌症治疗失败。全氟化碳（PFC）由于其良好的生物相容性、独特的携氧能力而广泛用于炎症成像、细胞追踪以及药物释放。第三代表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂(EGFR-TKI)AZD9291药物，能更有效地靶向T790M突变的肿瘤，用于治疗非小细胞肺癌。所以将全氟化碳与AZD9291药物结合在一起通过静脉递送到靶组织进行治疗。然而，药物输送不足是治疗失败的主要原因。
超声波作为能量递送的有效形式，在超声介导氧气释放以及药物递送中发挥了巨大的作用。另外，在生物学和医学方面的一项重要应用是磁共振成像装置，其可以对磁场施加适当梯度，有选择地获得磁共振信号，通过对信息进行处理获得各点的组织特性而对组织成像。所获得的磁共振图像具有极高的组织分辨能力，能较容易地区分正常组织和肿瘤组织，且得到的是一定体积内的立体数据，可以对人体某部分以至全身成像，因此十分适合用来进行低强度聚焦超声爆破中的监控。
目前超声爆破系统研究现状及缺点主要体现在以下方面。
体内纳米探针分子成像和超声爆破的过程主要表现在：
全氟化碳载药携氧纳米分子成像探针经静脉注射到达靶组织，由于其氟含量高且具有良好的生物相容性及稳定性可用于19F磁共振成像。继而采用一定能量的超声辐照，使全氟化碳载药携氧纳米分子成像探针在靶组织爆破并释放出携带的氧气和药物，通过9.4T小动物磁共振对其监控，达到按需精确定量控释，提高药物疗效和作用时间，减轻毒副作用；同时微泡爆破产生的空化作用，能促进局部微血管的血液循环和细胞膜通透性增高，促进靶组织对药物的摄入，达到靶向治疗的目的；最后，通过磁共振仪器技术手段评价定位递送和定量控释的药物的效果。
然而，要实现实时爆破全氟化碳载药携氧纳米分子成像探针
并对其进行实时监控的目的，需要将磁共振分子成像设备和超声微泡触发装置有机结合，这是关键性技术难点。目前国内外尚没有一种专门用于磁共振介导低强度聚焦超声进行实时爆破实时成像的装置。现所用设备主要是利用当前市售的诊断超声仪进行体外爆破，再进行磁共振成像监测，虽可实现超声辐射微泡爆破靶向释放，但是不能实现实时爆破全氟化碳载药携氧纳米分子成像探针并通过磁共振对其进行实时监控。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，提供一种集诊断、爆破、监控和效果评价于一体的超高场磁共振引导的低强度聚焦超声爆破系统，简称“MR-LIFU系统”。不受小动物床上部及磁共振线圈内空间限制、并且对磁共振装置产生干涉较少。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是：一种超高场磁共振引导的低强度聚焦超声爆破系统，其特征在于包括：
9.4T磁共振装置和低强度聚焦超声爆破装置。
9.4T磁共振装置包括有主磁体，磁共振线圈，置于磁共振线圈内的小动物床和显示器，小动物床位于磁共振装置中心线位置。
低强度聚焦超声爆破装置包括有对肿瘤部位聚焦的生物学焦域中焦核直径范围为0.1－6mm的超声换能器、超声神经刺激仪以及能使超声换能器作定点爆破的固定装置；超声换能器位于该动物床裸鼠肿瘤部位。
上述方案中，
所述的超声换能器还包括连接在其上方充盈有脱气水的准直器装置。
所述的准直器装置定位于裸鼠肿瘤部位，其上方装有拱形固定装置，超声换能器固定于固定装置中，且该固定装置上连接有可固定于磁共振装置小动物床的固定绑带，两条固定绑带的表面设置有能够互相粘合的自粘扣。
所述的准直器装置为锥形敞口式结构。
所述的固定装置能够将超声换能器固定于裸鼠的肿瘤位置，并且对磁共振装置干涉较少，充分发挥磁共振成像装置的功效，因此超声换能器能进行精确的定点爆破操作。
优选的是，所述超声换能器采用生物学焦域中焦核直径范围为0.1－6mm的超声换能器。在制造超声换能器时，通过控制超声换能器的主要参数，如焦距、频率等，再由焦域测试及离体实验验证，来确定超声换能器的生物学焦域中焦核直径范围为0.1－6mm。
整个爆破过程中，超声换能器固定装置独立于小动物床和磁共振线圈，通过固定绑带固定于小动物床并且极大地减少了超声爆破设备对磁共振装置的磁场干扰。本发明充分利用了磁共振装置的结构和功能，使超声换能器的施加能量区域与磁共振装置的成像监控区域在爆破靶区交叉，达到了很好的爆破效果。
本发明中，超声换能器与超声神经刺激仪分别位于磁体间内外。超声换能器的焦距为6mm，直径为15mm，与裸鼠肿瘤可接受范围匹配。超声神经刺激仪具有用于输出一定能量和频率能够使微泡靶向爆破的聚焦超声触发单元，所述能量和频率范围分别为0－136W和0.5－5MHz。所述微泡为携带有氧气和药物的微泡；聚焦超声定位递送微泡，并使微泡靶向爆破释放出微泡所携带的氧气和药物。
所述监控装置包括磁共振线圈，小动物床与9.4T磁共振主磁体整合为一体。
本发明的有益技术效果是：1、集诊断和治疗为一体的超高场磁共振介导的低强度聚焦超声爆破系统兼并了磁共振分子成像和超声爆破的功能，实现了实时定点爆破与实时监控疗效的目的，具有一定的化疗增敏作用。2、添加体线圈，体线圈接收磁共振成像信息并可显示裸鼠爆破部位，在爆破中能够更精确地监控焦核二维扫描靶区的图像。
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
图2是本发明侧面结构示意图。
图3 是本发明正面结构示意图。
图4是低强度聚焦超声爆破装置的结构示意图。
图5是超声换能器固定装置的结构示意图。
图6是图5俯视展开结构示意图。
具体实施方式
参见图1－6，零部件名称如下： 1－9.4T磁共振装置，2－主磁体，3－显示器，4－小动物床，5－磁共振线圈（体线圈），6－超声换能器，7－超声神经刺激仪，8－匹配板，9－固定装置，10－裸鼠肿瘤部位，11－准直器装置，12－固定绑带，13－自粘扣
参见图1－6，一种超高场磁共振引导的低强度聚焦超声爆破系统，包括：
9.4T磁共振装置1和低强度聚焦超声爆破装置。
9.4T磁共振装置1包括有主磁体2，磁共振线圈5，置于磁共振线圈5内的小动物床4和显示器3，小动物床4位于磁共振装置1中心线位置。
低强度聚焦超声爆破装置包括有对肿瘤部位聚焦的生物学焦域中焦核直径范围为0.1－6mm的超声换能器6、超声神经刺激仪7以及能使超声换能器6作定点爆破的固定装置9（使超声换能器6固定于裸鼠肿瘤上）；超声换能器6位于该动物床裸鼠肿瘤部位10。
参见图2，磁共振设备中，磁共振床体上有接收磁共振成像信息的成像信息接收单元，成像信息接收单元与信息处理单元、显示器3依次连接。
参见图4，准直器装置11连接在超声换能器6的前方，准直器装置11中充盈有脱气水，脱气水用作超声波传播的介质并用于冷却超声爆破时所产生的热量，超声换能器置6于准直器装置11后方。
准直器装置11为锥形敞口式结构。为了降低因爆破装置的移动对靶区爆破的影响还可在超声换能器6上方安装固定装置9，该固定装置9与超声换能器6共同固定在小动物床4上方（见图3）。
超声换能器6其生物学焦域的焦核直径范围为0.1－6mm，工作频率为0.5－5MHz。当然，也可经适当的调整，使得相控换能器可以用作发射超声波的波源。
爆破时，焦核对靶体组织进行聚焦爆破，用9.4T磁共振装置1二维成像功能部分对利用焦核爆破的过程进行二维成像监控，并通过显示器3将二维成像呈现给操作者。
参见图3，为了保证焦核二维扫描爆破的安全性以及提高磁共振所采集的图像信息的清晰度，在小动物床4容置裸鼠的外围安装有用于接收磁共振设备成像信息的体线圈5，体线圈5固定在小动物床4的外围与磁共振设备中的成像信息接收单元相连，其形状为圆形。由于体线圈5接收磁共振成像信息并可显示裸鼠爆破部位，因此在爆破中能够更精确地监控焦核二维扫描靶区的图像。
除了添加体线圈5外，不对磁共振成像设备作任何改动，成像信息接收单元、信息处理单元和显示器都为磁共振成像设备既有的部件。
工作过程如下:首先，在小动物床4控制单元的控制下，位于小动物床上4的裸鼠被送入磁共振的孔隙中，使裸鼠的肿瘤部位位于磁共振成像区域内，利用体线圈5接收磁共振成像信息，并将接收到的信息传递给磁共振床体上的成像信息接收单元，最后成像信息接收单元将该信息传输到信息处理单元进行处理，信息处理单元处理后，将需要爆破的病灶建立的二维图像通过显示器3呈现给操作者；然后，在爆破装置的控制下，使超声换能器6的焦核和爆破靶区的病灶在磁共振体积区域内重叠，在驱动电路（图未示）的驱动下，超声换能器6发射超声波，用焦核部分对治疗靶区的病灶进行扫描爆破，由于焦核的直径（0.1－6mm）小于磁共振单层成像的剖面的直接（2－5mm）,所以在爆破的过程中，磁共振对爆破过程进行监控时，只需要建立靶体的二维图像就可以了，并将建立的二维图像通过显示器3呈现给操作者。
本实施例是利用焦核对裸鼠的肿瘤部位10进行爆破的，而焦核的聚焦强度在整个生物学焦域中较为优异，焦核的外缘能量递减十分陡峭，具有“刀”的特征，所以本实施例中采用的低强度聚焦超声爆破系统可以应用于各种复杂的爆破治疗中。
Claims (4)
1.一种超高场磁共振引导的低强度聚焦超声爆破系统，其特征在于包括：
9.4T磁共振装置（1）和低强度聚焦超声爆破装置；
9.4T磁共振装置（1）包括有主磁体（2），磁共振线圈（5），置于磁共振线圈（5）内的小动物床（4）和显示器（3），小动物床（4）位于磁共振装置（1）中心线位置；
低强度聚焦超声爆破装置包括有对肿瘤部位聚焦的生物学焦域中焦核直径范围为0.1－6mm的超声换能器（6）、超声神经刺激仪（7）以及能使超声换能器（6）作定点爆破的固定装置（9）；超声换能器（6）位于该动物床裸鼠肿瘤部位（10）。
2.根据权利要求1所述的一种超高场磁共振引导的低强度聚焦超声爆破系统，其特征在于超声换能器（6）还包括连接在其上方充盈有脱气水的准直器装置（11）。
3.根据权利要求2所述的一种超高场磁共振引导的低强度聚焦超声爆破系统，其特征在于准直器装置（11）定位于裸鼠肿瘤部位（10），其上方装有拱形固定装置（9），超声换能器（6）固定于固定装置（9）中，且该固定装置（9）上连接有可固定于磁共振装置小动物床的固定绑带（12），两条固定绑带（12）的表面设置有能够互相粘合的自粘扣（13）。
4.根据权利要求2所述的一种超高场磁共振引导的低强度聚焦超声爆破系统，其特征在于所述准直器装置（11）为锥形敞口式结构。
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