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多功能超聲分子探針的成像與治療 版權(quán)信息
- ISBN：9787030691163
- 條形碼：9787030691163 ; 978-7-03-069116-3
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
多功能超聲分子探針的成像與治療 內(nèi)容簡介
超聲分子影像學是分子影像學的重要分支，同時具有傳統(tǒng)超聲影像無創(chuàng)、成本低、操作簡便等優(yōu)點和分子影像特異性高、靶向性強、成像精準等優(yōu)勢。超聲分子探針是實現(xiàn)超聲分子影像學的前提，引領(lǐng)了超聲分子影像學的發(fā)展進程。本書主要圍繞超聲分子探針的材料選擇、結(jié)構(gòu)優(yōu)化到功能化設(shè)計等展開探索性研究，考察了多功能分子探針用于疾病的診斷顯像以及靶向遞送藥物、可視化治療等，為疾病的早期診斷和精準治療提供新的研究思路。
多功能超聲分子探針的成像與治療 目錄
目錄
第1章 緒論 1
1.1 超聲影像學 1
1.1.1 概述 1
1.1.2 成像基礎(chǔ) 1
1.1.3 成像技術(shù)與分類 4
1.2 分子影像學 7
1.2.1 概述 7
1.2.2 成像基礎(chǔ) 8
1.2.3 成像原理與類型 10
1.2.4 成像技術(shù)與分類 11
1.3 超聲分子影像學 14
1.3.1 概述 14
1.3.2 成像基礎(chǔ) 14
1.3.3 技術(shù)分類與應(yīng)用 23
1.4 超聲分子探針 31
1.4.1 概述 31
1.4.2 發(fā)展歷程 32
1.4.3 制備技術(shù) 34
1.4.4 靶向策略 35
1.4.5 探針組分 36
第2章 天然絲素蛋白在納米探針中的應(yīng)用研究 45
2.1 靜電電噴法制備核殼型聚乙烯醇/絲素蛋白納米粒 45
2.1.1 研究背景 45
2.1.2 材料與方法 47
2.1.3 結(jié)果與討論 49
2.1.4 小結(jié) 56
2.2 溶酶體靶向的絲素蛋白修飾碳酸鈣納米粒的制備與應(yīng)用 60
2.2.1 研究背景 60
2.2.2 材料與方法 62
2.2.3 結(jié)果與討論 65
2.2.4 小結(jié) 77
第3章 納米探針靶向遞送藥物研究 82
3.1 液態(tài)氟碳相變型納米探針研究進展 82
3.2 材料與方法 88
3.3 結(jié)果與討論 90
3.4 小結(jié) 105
第4章 新型診療一體化分子探針的研究 109
4.1 載酞菁鋅光致相變型PLGA 分子探針診療一體化實驗研究 109
4.1.1 研究背景 109
4.1.2 材料與方法 111
4.1.3 結(jié)果與討論 115
4.1.4 小結(jié) 131
4.2 聚吡咯納米探針介導的腫瘤光聲成像與光熱治療研究 133
4.2.1 研究背景 133
4.2.2 材料與方法 135
4.2.3 結(jié)果與討論 138
4.2.4 小結(jié) 151
4.3 腫瘤微環(huán)境響應(yīng)型核- 衛(wèi)星結(jié)構(gòu)探針可視化乳腺癌診療實驗研究 156
4.3.1 研究背景 156
4.3.2 材料與方法 158
4.3.3 結(jié)果與討論 162
4.3.4 小結(jié) 175
編后記 181
第1章 緒論 1
1.1 超聲影像學 1
1.1.1 概述 1
1.1.2 成像基礎(chǔ) 1
1.1.3 成像技術(shù)與分類 4
1.2 分子影像學 7
1.2.1 概述 7
1.2.2 成像基礎(chǔ) 8
1.2.3 成像原理與類型 10
1.2.4 成像技術(shù)與分類 11
1.3 超聲分子影像學 14
1.3.1 概述 14
1.3.2 成像基礎(chǔ) 14
1.3.3 技術(shù)分類與應(yīng)用 23
1.4 超聲分子探針 31
1.4.1 概述 31
1.4.2 發(fā)展歷程 32
1.4.3 制備技術(shù) 34
1.4.4 靶向策略 35
1.4.5 探針組分 36
第2章 天然絲素蛋白在納米探針中的應(yīng)用研究 45
2.1 靜電電噴法制備核殼型聚乙烯醇/絲素蛋白納米粒 45
2.1.1 研究背景 45
2.1.2 材料與方法 47
2.1.3 結(jié)果與討論 49
2.1.4 小結(jié) 56
2.2 溶酶體靶向的絲素蛋白修飾碳酸鈣納米粒的制備與應(yīng)用 60
2.2.1 研究背景 60
2.2.2 材料與方法 62
2.2.3 結(jié)果與討論 65
2.2.4 小結(jié) 77
第3章 納米探針靶向遞送藥物研究 82
3.1 液態(tài)氟碳相變型納米探針研究進展 82
3.2 材料與方法 88
3.3 結(jié)果與討論 90
3.4 小結(jié) 105
第4章 新型診療一體化分子探針的研究 109
4.1 載酞菁鋅光致相變型PLGA 分子探針診療一體化實驗研究 109
4.1.1 研究背景 109
4.1.2 材料與方法 111
4.1.3 結(jié)果與討論 115
4.1.4 小結(jié) 131
4.2 聚吡咯納米探針介導的腫瘤光聲成像與光熱治療研究 133
4.2.1 研究背景 133
4.2.2 材料與方法 135
4.2.3 結(jié)果與討論 138
4.2.4 小結(jié) 151
4.3 腫瘤微環(huán)境響應(yīng)型核- 衛(wèi)星結(jié)構(gòu)探針可視化乳腺癌診療實驗研究 156
4.3.1 研究背景 156
4.3.2 材料與方法 158
4.3.3 結(jié)果與討論 162
4.3.4 小結(jié) 175
編后記 181
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多功能超聲分子探針的成像與治療 節(jié)選
第1章 緒論 1.1 超聲影像學 1.1.1 概述 聲波是由物體振動產(chǎn)生的一種機械波，是物體狀態(tài)（或能量）的傳播形式。超聲波是人耳聽不見、頻率高于20kHz的聲波，其每秒的振動次數(shù)（頻率）超出了人耳聽覺的一般上限（20kHz)，人們將這種聽不見的聲波稱為超聲波。由于其頻率高、波長短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的方向性（束射性），因而被廣泛用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒及工業(yè)探測與醫(yī)學超聲檢查等。醫(yī)學超聲所用超聲波頻率一般為1~10MHz，常用為2.5~5.0MHz。 醫(yī)學超聲檢查是一種基于超聲波的醫(yī)學影像學診斷技術(shù)，具有無創(chuàng)、便攜、高效等特點。其原理主要是利用超聲波在人體傳播時產(chǎn)生的反射或透射現(xiàn)象，通過超聲波在聲阻抗不同的兩種介質(zhì)間傳播，在其分界面上將產(chǎn)生反射回聲或透射聲，進而構(gòu)成不同的聲像來檢查病變。由于超聲波是機械振動波，超聲圖像可以反映介質(zhì)中聲學參數(shù)的差異，對人體組織有良好的分辨能力，有利于識別組織的細微變化，因而可以實時、無創(chuàng)地觀測活體組織、器官，進行形態(tài)學、功能學、組織特性及超聲引導下的介人治療等。 1.1.2 成像基礎(chǔ) 超聲成像的步驟分為發(fā)射聲波、接收反射聲波及信號分析處理獲得超聲圖像。其中，發(fā)射聲波和接收反射聲波主要是通過超聲波探頭（換能器）完成，其性能直接影響超聲波的檢測性能。 醫(yī)學診斷中使用的超聲波探頭（換能器）主要是基于壓電元件的壓電效應(yīng)，實現(xiàn)電能與機械能（聲能）的相互轉(zhuǎn)換。壓電效應(yīng)是皮埃爾 居里和雅克 居里兄弟在1880年發(fā)現(xiàn)的，其物理原理是壓電材料受到外部機械壓力而產(chǎn)生電極化，導致壓電材料兩端表面內(nèi)出現(xiàn)正負相反的束縛電荷。壓電材料電荷密度與外部機械壓力相關(guān)，稱為正壓電效應(yīng)；反之，壓電材料受到外部電場作用發(fā)生形變，其形變與外部電場強度相關(guān)，稱為逆壓電效應(yīng)。常用的壓電元件包括天然晶體、壓電陶瓷及有機壓電薄膜。 超聲波在人體內(nèi)傳播的方式包括反射、散射、折射、衍射、相干、衰減等。反射是指當超聲波人射到比自身波長大的界面時，人射聲波的較大部分能量被該界面阻擋或返回的現(xiàn)象。超聲波傳播過程中遇到不規(guī)則的小界面或界面小于波長時，就會使人射聲波向空間各個方向不規(guī)則反射、折射或繞射，這些現(xiàn)象稱為散射。散射回聲來自器官中的微細結(jié)構(gòu)和血流中的紅細胞，其臨床意義十分重要。由于人體組織器官中的聲速不同，當人射聲波非垂直透過這些組織的大界面時，透射聲波的方向就會發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為折射。超聲波在介質(zhì)中傳播時，由于介質(zhì)粒子的黏滯性和熱傳導，使能量發(fā)生損耗的現(xiàn)象稱為吸收。因超聲波在小界面的散射、大界面的反射，以及聲波的擴散、軟組織對超聲波能量的吸收，而使超聲波隨傳播距離的增加，強度逐漸減小，造成超聲波的衰減。此外，當超聲波在遇到強反射界面或使超聲波衰減很大的組織時，出現(xiàn)因超聲受阻產(chǎn)生的無回聲區(qū)稱為聲影。這個現(xiàn)象多見于骨骼、結(jié)石、鈣化灶等密度較大的介質(zhì)造成的強烈反射，表現(xiàn)為強回聲團和強回聲帶。 根據(jù)超聲波在人體中不同器官或組織內(nèi)的傳播特性，可有以下四種聲像圖分型⑴。 (1)無反射型（無回聲型）：指組織內(nèi)部不存在聲阻抗差，不構(gòu)成聲學界面，不產(chǎn)生回波，包括各種均勻的液性組織，如血液、尿液、膽汁、羊水，以及各種積液（胸腔積液、鞘膜積液、心包積液）等。 (2)少反射型（低回聲型）指器官或組織結(jié)構(gòu)均勻，界面之前聲阻抗差較小，超聲波傳播時反射較弱。這一聲像圖常見于人體中基本均質(zhì)的實質(zhì)性組織，如肝、腎、脾、子宮、卵巢、肌肉、淋巴結(jié)等。 (3)多反射型（強回聲型）：指構(gòu)成界面的兩種介質(zhì)的聲阻差較大，反射較強，形成多反射型，包括非均勻質(zhì)性、結(jié)構(gòu)較復雜、致密，排列無一定規(guī)律的實質(zhì)性組織，如乳腺、心外膜、心內(nèi)膜、腎包膜、骨骼、大血管壁等。 (4)全反射型：當超聲遇到軟組織與氣體構(gòu)成的界面時，如肺、含氣的胃腸道，因聲阻抗差很大，聲波幾乎能全部從界面上反射回來。 不同探頭所發(fā)射的超聲波頻率各不相同，其頻率與超聲成像分辨率、組織穿透深度有關(guān)。一般來說，超聲波頻率越高，波長越短，穿透深度越差，反之則越強。組織穿透深度和超聲成像分辨率互有影響，穿透力強的聲束常由于聲波頻率低而影響成像分辨率，反之成像分辨率高而聲波穿透深度不強。頻率高的超聲波，介質(zhì)對它的吸收較大，組織穿透性差，但成像分辨率高。頻率越高，聲波衍射越弱，成像分辨率越高。同時，聲波衰減越快，穿透深度越差。因此，臨床應(yīng)用時，要根據(jù)探測組織器官和目的不同，選擇不同頻率的超聲波探頭，如探測大的器官(心臟、肝）或肥胖者，需要使用頻率低的超聲波探頭，以增加組織穿透深度。而在探測頸動脈、乳腺、甲狀腺、眼球等淺表小器官時，通常需要使用頻率高的超聲波探頭，以增加成像分辨率。 超聲波在傳播過程中，會與介質(zhì)發(fā)生相互作用。當超聲波能量達到一定量時，會引起介質(zhì)理化性質(zhì)變化，進而產(chǎn)生一系列力學、熱學、電磁學、化學等效應(yīng)。超聲波在體內(nèi)傳播時，由于機體組織的聲阻抗摩擦，從而使超聲波能量轉(zhuǎn)化為熱能，引起機體組織的溫度、組織功能、結(jié)構(gòu)或狀態(tài)發(fā)生變化，這種效應(yīng)稱為超聲波的生物效應(yīng)。超聲波的生物效應(yīng)包括機械效應(yīng)、熱效應(yīng)和空化效應(yīng)。超聲波是一種機械波，當作用于生物組織時，產(chǎn)生速度和加速度方面變化的效應(yīng)稱為機械效應(yīng)。超聲波的熱效應(yīng)和空化效應(yīng)與機械效應(yīng)有關(guān)。超聲波在生物組織的傳播過程中，部分聲能被生物組織吸收并被轉(zhuǎn)換為熱能的效應(yīng)稱為超聲波的熱效應(yīng)。空化效應(yīng)指超聲波作用于液體中的微氣核空化泡，進而發(fā)生生長和崩潰的動力學過程。超聲波表現(xiàn)為高頻變化的壓縮和弛張波，其壓力與負壓力呈現(xiàn)周期性變化。在負壓作用下可產(chǎn)生空化效應(yīng)。超聲波的生物效應(yīng)為醫(yī)學超聲的應(yīng)用研究奠定了基礎(chǔ)，也為安全診斷標準的制訂提供了重要的依據(jù)。 醫(yī)學超聲的安全性是超聲診斷和治療中令人關(guān)注的問題。一般而言，超聲波安全性與其聲強或聲壓、作用時間、作用方式有關(guān)，同時也和其相關(guān)的生物學效應(yīng)對應(yīng)。超聲波的生物學效應(yīng)可以改變細胞膜通透性，有利于增加基因或藥物的遞送效率，然而瞬態(tài)空化效應(yīng)會使空化泡的氣體中心溫度達幾千開爾文(K)，壓力高達幾百個大氣壓，并可在周圍產(chǎn)生壓力波。高強度的壓力波會導致DNA斷裂、溶血、組織損傷、出血等，進而引起周圍細胞嚴重損傷和破壞。因此，合理的超聲參數(shù)有利于超聲波的安全診斷。目前常采用熱指數(shù)和機械指數(shù)來評估超聲波造成的熱損傷和空化效應(yīng)的損傷風險。熱指數(shù)是指超聲波實際照射到聲學界面產(chǎn)生的溫度升高和使界面溫度升高1T的比值。一般熱指數(shù)在1.0以下被認為是無害的，胎兒應(yīng)低于0.4，眼球處則應(yīng)低于0.2。機械指數(shù)是超聲波在負壓峰值與換能器中心頻率的平方根值的比值。一般機械指數(shù)在1.0以下被認為是安全的，胎兒應(yīng)低于0.3，若使用造影劑或體內(nèi)有氣體時，則應(yīng)低于0.1。 1.1.3 成像技術(shù)與分類 1.醫(yī)學超聲成像技術(shù) 醫(yī)學超聲成像技術(shù)在20世紀40年代才開始應(yīng)用，德國科學家首次將A型超聲應(yīng)用于臨床診斷，隨后二維超聲、M型超聲相繼用于診斷疾病。多普勒超聲又稱D型超聲，主要利用多普勒效應(yīng)，無創(chuàng)觀察人體血流速度、方向及組織的各種指數(shù)等，包括頻譜多普勒及多普勒血流成像等。多普勒效應(yīng)是指當超聲波聲源與人射界面之間存在相對運動時，反射回來的超聲波發(fā)生變化的效應(yīng)。反射超聲波與人射聲波頻率差稱為頻移。反射界面的相對運動越快，頻移越大。人體中的心室壁、血管壁、瓣膜等的活動及血液（主要是紅細胞）的流動，均可引起多普勒頻移。多普勒效應(yīng)在判定血流的方向、速度和形態(tài)等血流動力學變化方面有重要的價值。 2.三維超聲成像技術(shù) 20世紀70年代，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，圖像處理速度與數(shù)據(jù)存儲量顯著提高，使實時顯示人體組織器官與血管各結(jié)構(gòu)的立體形態(tài)、厚度、腔徑、空間關(guān)系，特別是活動狀況的愿望得以實現(xiàn)，即三維超聲成像。三維超聲成像分為靜態(tài)三維成像和動態(tài)三維成像。靜態(tài)三維成像和動態(tài)三維成像重建原理基本相同，均為二維圖像的三維重建。動態(tài)三維成像比靜態(tài)三維成像增加了時間因素（心動周期）。其中，用整體成像法重建感興趣區(qū)域?qū)崟r活動的三維圖像，又稱四維超聲心動圖。 靜態(tài)三維超聲成像在臨床應(yīng)用中多采用兩種顯示模式，包括表面成像模式和透明成像模式。①表面成像模式：利用超聲圖像灰階差異的變化或灰階閾值法，自動勾畫出感興趣區(qū)域組織結(jié)構(gòu)的表面輪廓。該法廣泛用于含液性結(jié)構(gòu)及被液體環(huán)繞結(jié)構(gòu)區(qū)域的三維超聲成像。由于組織結(jié)構(gòu)與液體灰階反差較大，因此三維表面超聲成像可清晰顯示感興趣區(qū)域組織結(jié)構(gòu)的表面特征、立體形態(tài)和空間位置關(guān)系，并可單獨提取和顯示感興趣區(qū)域組織結(jié)構(gòu)，精確測量組織結(jié)構(gòu)的面積或體積等信息。②透明成像模式：采用透明算法實現(xiàn)三維圖像重建，主要通過淡化周圍組織結(jié)構(gòu)的灰階信息使之呈現(xiàn)透明狀態(tài)，突出顯示感興趣區(qū)域的組織結(jié)構(gòu)，同時保留部分周圍組織的灰階信息，使重建的組織結(jié)構(gòu)具有透明感和立體感，從而有助于顯示實質(zhì)性器官或組織內(nèi)部感興趣區(qū)域的結(jié)構(gòu)及其空間位置關(guān)系。 3.彈性超聲成像技術(shù) 彈性超聲成像技術(shù)的成像基礎(chǔ)與組織的硬度或彈性模量、病灶的組織病理密切相關(guān)。其原理是通過對組織施加一個內(nèi)部或外部的壓力，在彈性力學、生物力學等物理規(guī)律作用下，組織產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)，如位移、應(yīng)變、速度的分布發(fā)生變化。利用超聲成像方法，結(jié)合數(shù)字信號處理或數(shù)字圖像處理技術(shù)，可以估計出組織內(nèi)部的相應(yīng)情況，從而反映組織內(nèi)部的彈性模量等力學屬性的差異。簡言之，彈性超聲成像就是利用組織彈性信息幫助診斷疾病，將組織的彈性信息轉(zhuǎn)變?yōu)槌晥D像，通過圖像反映組織力學特性，進而判斷相應(yīng)組織或器官可能發(fā)生的病理改變。在相同外力作用下，彈性系數(shù)大的組織，引起的應(yīng)變較小。反之，彈性系數(shù)較小的組織，相應(yīng)的應(yīng)變較大。例如，彈性超聲成像可以利用腫瘤或其他病變區(qū)域與周圍正常組織間彈性系數(shù)的不同，產(chǎn)生應(yīng)變的不同，推斷某些病變的可能性。 彈性超聲成像分為兩種類型：應(yīng)變彈性成像和剪切波彈性成像，這兩種技術(shù)應(yīng)用不同的方法檢測組織硬度，各有優(yōu)缺點，互為補充。應(yīng)變彈性成像是*常見的彈性成像模式，當組織受到一定程度的應(yīng)力時，產(chǎn)生相應(yīng)的形變，根據(jù)組織內(nèi)部不同彈性結(jié)構(gòu)的形變差異生成應(yīng)變彈性成像。隨著技術(shù)的發(fā)展與進步，應(yīng)變彈性成像已不需要采用探頭額外加壓，人體內(nèi)的心臟搏動、呼吸運動及聲輻射力脈沖對組織的應(yīng)力都能被探查到，彈性圖像的敏感度和穩(wěn)定性明顯提高。 剪切波彈性成像是另外一種彈性成像模式，通過探測組織產(chǎn)生的振動或形變產(chǎn)生的剪切波而獲取彈性圖像。醫(yī)學診斷用的超聲波是縱波，而剪切波是一種橫波，其垂直于超聲波傳播方向。剪切波彈性成像的優(yōu)勢是可以用于定量分析，獲得組織硬度值。硬度值可顯示為剪切波速度（m/s)或楊氏模量（kPa)。 剪切波彈性成像包括瞬時彈性成像、點式剪切波彈性成像及二維剪切波彈性成像等。其中，瞬時彈性成像來自低頻機械振動，以一維圖像顯示組織硬度信息，但是難以通過液性組織。點式剪切波彈性成像采用探頭發(fā)射激勵組織，在一定深度進行聚焦，進而產(chǎn)生剪切波。由于成像范圍較小，臨床應(yīng)用有限。二維剪切波彈性成像可以在較大范圍內(nèi)進行成像，具有更大的應(yīng)用前景。其主要應(yīng)用強脈沖激勵組織，產(chǎn)生垂直于聲波傳播方向的剪切波。 剪切波彈性成像是一種新型功能性成像方法，可以無創(chuàng)地反映組織硬度，研究應(yīng)用涉及乳腺、甲狀腺、肝、肌骨、胃腸道等器官，對彌漫性病變的分級、局灶性病變的鑒別診斷、疾病的監(jiān)測及隨訪等都有重要的意義。 4.超聲造影技術(shù) 超聲造影又稱聲學造影，其原理是超聲波遇到散射體（小于人射聲波的界面）會發(fā)生散射，散射的強弱與散射體的大小、形狀及周圍組織聲阻抗差相關(guān)。由于人體血液內(nèi)盡管有紅細胞、白細胞、血小板等有形物質(zhì)，但其聲阻抗差較小，散射微弱，在超聲儀上難以顯示。為增強超聲散射，通過人為加人聲阻抗值與血液截然不同的介質(zhì)（超聲造影劑），改變組織的超聲特性（如背向散射系數(shù)、衰減系數(shù)、聲速及非線性效應(yīng)），產(chǎn)生造影效果，明顯提高超聲診
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