一種磁動(dòng)力超聲成像的新方法，可顯著提高癌癥檢測能力

（文章來源：電氣新科技）

癌癥是全球的主要公共衛(wèi)生問題，占全球死亡率的13%，是工業(yè)化國家的第二大死因。癌癥嚴(yán)重地影響了病人的身體健康和生活質(zhì)量，因此國內(nèi)外的專家不斷探索攻克癌癥的方法，但情況仍不容樂觀。目前腫瘤的診斷方法主要包括影像學(xué)檢查和病理學(xué)檢驗(yàn)。

其中，影像學(xué)檢查主要有X射線、CT、磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）、正電子發(fā)射成像（Positron Emission Tomography, PET）、超聲等。以上幾種影像學(xué)檢查方法在腫瘤的診斷方面起到了非常重要的作用，但這些傳統(tǒng)的腫瘤檢測方法需要腫瘤形成到一定尺寸才能檢測到，大多數(shù)患者在被確診時(shí)腫瘤細(xì)胞已發(fā)生浸潤和轉(zhuǎn)移，錯(cuò)過了最佳治療時(shí)機(jī)。因此探尋癌癥早期檢測的新方法成為亟待解決的問題。

磁性納米顆粒作為一種新型納米材料，在生物醫(yī)學(xué)生物工程等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。磁性納米粒子具有特殊的磁導(dǎo)向性，在納米磁性分離、靶向給藥、靶向基因治療、磁共振成像顯影劑和磁熱療法治療腫瘤等方面得到了應(yīng)用。近年來，與特異性抗體結(jié)合的磁性納米顆粒用于腫瘤的檢測也被世界廣泛關(guān)注。

Norton S. J. 和Vodinh T. 提出磁性納米粒子超聲成像，發(fā)現(xiàn)磁性納米顆粒被引入身體后可與抗體標(biāo)記的靶向腫瘤細(xì)胞結(jié)合，從而對(duì)腫瘤進(jìn)行檢測。Mohammad Mehrmohammadi等提出了脈沖磁動(dòng)力超聲成像方法。該方法施加外部高強(qiáng)度脈沖磁場以在磁標(biāo)記組織內(nèi)引起運(yùn)動(dòng)，用超聲檢測誘發(fā)的組織內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)證明脈沖磁動(dòng)力超聲成像方法具有較高的靈敏度。Qu Min等研究了雙對(duì)比度納米粒子的磁光聲成像，對(duì)裸鼠的皮下腫瘤進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了體內(nèi)腫瘤的高靈敏度和高特異性檢測。

Tsalach A. 等應(yīng)用納米粒子磁聲信號(hào)研究了單個(gè)腫瘤模型的定位算法，為臨床醫(yī)生提供必要的腫瘤位置數(shù)據(jù)，以方便進(jìn)行順序活體檢測。Yoon Ki You等研究了氧化鐵納米粒子簇，磁化強(qiáng)度增強(qiáng)的氧化鐵納米粒子簇能增強(qiáng)磁特性，從而使脈沖磁動(dòng)力超聲成像信號(hào)強(qiáng)度顯著增加。張帥等研究了基于真實(shí)乳腺模型的融合電阻抗成像和超聲成像的多物理場成像技術(shù)。Leo Mariappan等研究了一種磁聲層析成像方法，利用短脈沖磁場激勵(lì)標(biāo)記磁性納米粒子的生物組織，誘發(fā)超聲信號(hào)，形成具有高分辨率的納米粒子分布圖像，并對(duì)裸鼠的下肢皮下LNCaP腫瘤進(jìn)行活體在體成像。

此外，在時(shí)變磁場的研究方面也取得了重大成就，黃欣、劉國強(qiáng)等設(shè)計(jì)了脈沖激勵(lì)磁場，研究線圈激勵(lì)為時(shí)變電流時(shí)，空間磁通密度的分布，給出了磁通密度及變化規(guī)律曲線，并在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了驗(yàn)證。牛宗濤等研究重復(fù)頻率微秒脈沖電源對(duì)滑動(dòng)放電特性的影響，采用重復(fù)頻率微秒脈沖電源，通過改變電源的脈沖重復(fù)頻率進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

Hu Gang和He Bin研究微秒脈沖磁刺激下，標(biāo)記磁性納米粒子生物組織的磁聲成像實(shí)驗(yàn)，利用反投影法重建納米粒子分布，提高成像的靈敏度和分辨率。Mohammad M. 等驗(yàn)證了聚焦、高強(qiáng)度脈沖磁場激勵(lì)下，磁動(dòng)力超聲成像不僅能檢測磁性納米粒子的存在，還能實(shí)時(shí)地提供細(xì)胞內(nèi)納米粒子的累積信息；并應(yīng)用高靈敏度的脈沖磁場激勵(lì)標(biāo)記納米粒子的活裸鼠腫瘤，基于磁動(dòng)力超聲成像對(duì)標(biāo)記的氧化物納米粒子進(jìn)行分布重建，得到高對(duì)比度圖像。

超聲波成像技術(shù)空間分辨率較高，磁動(dòng)力超聲成像將納米粒子與超聲波成像相結(jié)合，是一種具有非侵入性的方法。本文針對(duì)磁動(dòng)力超聲成像進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，提出一種時(shí)間反演方法，用于納米粒子分布重建。已有關(guān)于磁動(dòng)力的成像方法的文獻(xiàn)報(bào)道中，大多施加連續(xù)的交變磁場、毫秒級(jí)脈沖磁場，本文中采用微秒級(jí)脈沖電流激勵(lì)亥姆霍茲線圈產(chǎn)生時(shí)變磁場，以期獲得更高的分辨率，并重點(diǎn)考察成像目標(biāo)半徑對(duì)磁動(dòng)力超聲成像仿真與實(shí)驗(yàn)過程中聲壓和納米粒子分布的影響。

本文利用有限元法構(gòu)建不同半徑的納米粒子標(biāo)記生物組織模型，對(duì)納米粒子磁動(dòng)力超聲成像進(jìn)行仿真分析，得到納米粒子標(biāo)記生物組織模型的聲壓曲線，采用時(shí)間反演法重建出納米粒子分布。并根據(jù)磁動(dòng)力超聲成像原理，構(gòu)建磁動(dòng)力超聲成像實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，基于不同半徑的納米粒子標(biāo)記生物組織仿體模型和離體生物組織樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。本文的研究工作有助于探索磁動(dòng)力超聲成像方法的性能，推動(dòng)該技術(shù)向臨床應(yīng)用更進(jìn)一步。
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