面向荧光剂药代动力学成像的动态仿体设计方法技术

本发明专利技术涉及一种面向荧光剂药代动力学成像的动态仿体设计方法，包括：制作小动物组织体荧光剂药代动力学二室仿体；在第一圆柱空腔仿体里面注入荧光剂浓度为C0、总液面高度为H2mm的溶剂为1％Intralipid的混合溶液用于模拟仿体背景；在第二圆柱空腔仿体里面注入荧光剂浓度为C0＇、总液面高度为H2mm的溶剂为1％Intralipid的混合溶液；在测量过程中将扫描平面设置于距离仿体底端H4mm处；为实现荧光剂浓度的动态改变；荧光剂的代谢过程通过改变仿体背景第一圆柱空腔和目标体第二圆柱形空腔中的荧光剂浓度模拟实现。本发明专利技术可以模拟小动物组织体荧光剂药代动力学二室模型。

【技术实现步骤摘要】
面向荧光剂药代动力学成像的动态仿体设计方法
本专利技术涉及小动物成像领域，尤其是面向荧光剂药代动力学成像，具体涉及面向荧光剂药代动力学成像的动态仿体设计方法。技术背景目前恶性肿瘤已经成为当今世界严重危害人类健康和生命安全的常见疾病之一。随着生命科学和肿瘤学的发展，如何从分子水平、细胞水平研究肿瘤发生、发展的机制并探讨早期诊断和治疗肿瘤的有效方法，已经成为影像学、生物学和临床医学研究的热点。近些年来大量研究表明，血管生成在肿瘤的发生、发展中起着非常重要的作用，同时，血管生成对于肿瘤的侵袭和转移也至关重要[1-4]。而新生血管与恶性肿瘤具有相互促进的关系。一般情况下，良性病变组织周围的血管稀疏，而恶性肿瘤在长到1mm左右时[1]，周围就出现丰富的毛细血管供应肿瘤生长，该“血管化”现象能够提供丰富的血流动力学信息，且肿瘤体积越大、病理分期越高，往往相应的血流动力学信息越丰富。因此，如何利用肿瘤血管生成现象所带来的功能信息提高早期肿瘤的诊断可靠性，评判肿瘤的良、恶程度，进而有效指导临床治疗，是当今肿瘤早期检测和诊断领域亟待解决的技术难题和需求。荧光分子层析(FluorescenceMolecularTomography,FMT)结合了扩散光学层析理论和近红外荧光探针技术，旨在获得荧光探针浓度的三维分布，进而实现生物活体内特异大分子生化过程的无损三维定量观测。该技术继承了扩散光学层析成像在穿透深度和三维探测方面的特点，同时兼备了荧光剂的高灵敏特性，具有特异性、灵敏性、无电离以及光学分子标记灵活性、多样性等优点，是分子影像和肿瘤检测领域极具发展潜力的成像模式[5]。研究表明：当向组织体内注入荧光剂后，由于肿瘤组织的血管化特征，导致其相对于正常组织具有更大的荧光剂吸收速度和更慢的荧光剂排泄率，即具有更大的荧光剂聚集度，从而在某个最佳时间段内使荧光对比度相对于内源性血运对比度有较大提高[6]。其成像原理可描述为当用适当波长的激发光照射时，该光在组织体内传输并到达反应肿瘤特征的荧光剂聚集处，从而激发荧光剂使其发出荧光，其强度与荧光剂的聚集度成正比，在体外对荧光进行检测并遵循DOT图像重建的一般原理，可反演出荧光参数(荧光产率、寿命)图像，实现对肿瘤目标的定位乃至定性。基于上述静态FMT成像原理可知，该技术主要获得某段测量时间内组织体荧光剂浓度的静态定量信息，其最佳测量时间段的准确判定对成像效果至关重要。而另一方面，若能获得定量化的荧光剂药代动力学信息，能有效克服静态成像的时间段判定困难，提高成像对比度和信息量，无疑对肿瘤组织的检测与分级、以及病生理过程研究具有重要科学意义和应用价值[7]。荧光剂药代动力学可应用动力学原理和数学模型，定量描述注入到组织体内的荧光剂的吸收、分布、代谢、排泄过程随时间变化的动态规律，其渗透率和排泄率等模型参数与组织局部病理生理状态密切相关[8-14]。肿瘤组织由于其血管新生效应产生了大量的“渗透型”血管，相比于正常组织的“紧致型”血管对荧光剂有着较高的渗透率，并且早期肿瘤组织就已经存在血管新生效应[13]，因而利用动态FMT成像方法，通过直接或间接测量荧光剂时空变化，可定量重建其药代动力参数图像信息，进而为研究肿瘤组织的生理过程和获取病理信息提供一种新客观方法，为肿瘤组织的在体早期诊断、肿瘤分期、药效评价等亟待解决的问题提供一种新思路。与任何成像系统发展历程相似，面向荧光剂药代动力学成像系统在直接应用于小动物甚至人体之前，需要设计一种动态实验仿体对其药代动力学参数图像重建算法和系统的灵敏性、分辨率和量化度等主要检测指标进行验证。该动态仿体应具有与小动物组织相同或接近的光学参数(吸收系数和散射系数)，且为了模拟荧光剂在小动物体内代谢规律，需建立房室模型来模拟其动力学过程。房室是组成模型的基本单位，可根据药代动力学特点划分，若小动物各组织器官的荧光剂在其间的渗透率相同，则被归纳为一个房室。目前研究中广泛使用较简单的二室模型获得小动物组织的荧光剂药代动力学参数(渗透率)图像[15]，而用于模拟小动物组织荧光剂药代动力学过程二室模型的动态仿体设计在国内外还属于空白，故实现动态仿体设计是十分必要的。参考文献[1]J.Folkman,Whatistheevidencethattumorsareangiogenesisdependent,”Natl.CancerInst.,1990,82(1):4-6.[2]R.K.Jain,Normalizationoftumorvasculature:anemergingconceptinantiangiogenictherapy,”Science,2005,307(5706):58-62.[3]RiceA,QuinnC.Angiogenesis,thrombospondin,andductalcarcinomainsituofthebreast[J].Journalofclinicalpathology,2002,55(8):569-574.[4]沈镇宙,邵志敏.现代乳腺肿瘤学进展，上海科学技术文献出版社,2002年,325-326。[5]WeiZou,etal,，Imagereconstructionoffluorescentmoleculartomographybasedonthesimplifiedmatrixsystem，J.Opt.Soc.Am.A，2013,30(8):1464-1475.[6]HawrysDandSevick-MuracaE,DevelopmentstowarddiagnosticbreastcancerimagingusingNear-Infraredopticalmeasurementsandfluorescentcontrastagents,Neoplasia,2000,2(5):388-417.[7]ElizabethM.C.Hillman,etal,,Invivoopticalimaginganddynamiccontrastmethodsforbiomedicalresearch，Phil.Trans.R.Soc.A,2011,369(1955):4620-4643.[8]刘昌孝，我国药代动力学研究发展的回顾，中国药学杂志，2010,45(2):81-89。[9]D.J.Cuccia,etal,Invivoquantificationofopticalcontrastagentdynamicsinrattumorsbyuseofdiffuseopticalspectroscopywithmagneticresonanceimagingcoregistration,Appl.Opt.2003,42(16):2940-2950.[10]FlorianStuker,etal,,Fluorescencemoleculartomography:principlesandpotentialforpharmaceuticalresearch,Pharmaceutics,2011,3(2),229-274.[11]IntesX,etal,Invivocontinuous-waveopticalbreastimagingen本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向荧光剂药代动力学成像的动态仿体设计方法，包括：1)制作小动物组织体荧光剂药代动力学二室仿体，采用与小动物组织体光学参数相近的聚甲醛制成直径D1mm、高H1mm、壁厚L1mm的第一圆柱空腔仿体作为仿体背景，即第一室；并制作直径D2mm、高H3mm、壁厚L1mm的第二圆柱形空腔仿体作为仿体目标体，即第二室；第二圆柱形空腔插入第一圆柱空腔仿体内，第一圆柱空腔仿体中心距离第二圆柱形空腔仿体中心L2mm；2)在第一圆柱空腔仿体里面注入荧光剂浓度为C0、总液面高度为H2mm的溶剂为1％Intralipid的混合溶液用于模拟仿体背景；3)在第二圆柱空腔仿体里面注入荧光剂浓度为C0＇、总液面高度为H2mm的溶剂为1％Intralipid的混合溶液；4)在测量过程中将扫描平面设置于距离仿体底端H4mm处；为实现荧光剂浓度的动态改变，仿体背景与目标体中均插入两个与蠕动泵相连的直径D3mm的硅胶管，其中一个为进液管，另一个为出液管；第一、二圆柱空腔仿体内的四根硅胶管插入液面至距离仿体底部H5mm(H3≥H1≥H2≥H5≥H4)位置；5)实验时，荧光剂的代谢过程通过改变仿体背景第一圆柱空腔和目标体第二圆柱形空腔中的荧光剂浓度模拟实现，对于仿体背景，进液硅胶管以某一流速输入1％Intralipid，出液管以同样流速输出荧光剂与1％Intralipid混合溶液，从而达到仿体内荧光剂浓度随着时间减小而仿体背景溶液总体积不变的目的；目标体的荧光剂浓度变化同样采用上述方法实现；以模拟仿体背景、目标体部分的荧光剂浓度变化的双指数模型，从而实现动态仿体设计。...

【技术特征摘要】
1.一种面向荧光剂药代动力学成像的动态仿体设计方法，包括：1)制作小动物组织体荧光剂药代动力学二室仿体，采用与小动物组织体光学参数相近的聚甲醛制成直径D1mm、高H1mm、壁厚L1mm的第一圆柱空腔仿体作为仿体背景，即第一室；并制作直径D2mm、高H3mm、壁厚L1mm的第二圆柱形空腔仿体作为仿体目标体，即第二室；第二圆柱形空腔插入第一圆柱空腔仿体内，第一圆柱空腔仿体中心距离第二圆柱形空腔仿体中心L2mm；2)在第一圆柱空腔仿体里面注入荧光剂浓度为C0、总液面高度为H2mm的溶剂为1％Intralipid的混合溶液用于模拟仿体背景；3)在第二圆柱空腔仿体里面注入荧光剂浓度为C0＇、总液面高度为H2mm的溶剂为1％Intralipid的混合溶液；4)在测量过程中将扫描平面设...

【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，张雁琦，王欣，张丽敏，赵会娟，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12