專利名稱：化學發(fā)光探針介導(dǎo)的光動力學腫瘤成像方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種腫瘤的醫(yī)學影像診斷技術(shù)，特別涉及一種利用化學發(fā)光探針介導(dǎo)的光敏化化學發(fā)光進行腫瘤成像的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
目前醫(yī)學影像診斷普遍使用的成像技術(shù)中，X射線透射成像、X射線斷層掃描(CT)、核磁共振成像等均對人體組織有較大程度的損傷，而且X射線斷層掃描儀、核磁共振成像儀的造價比較昂貴；B型超聲成像對人體基本沒有損傷，造價亦較低，但由于B型超聲成像的原理是組織界面反射成像，所以無法實現(xiàn)層析，且分辨率較低(對結(jié)構(gòu)簡單的體內(nèi)組織，最好的分辨率為幾個毫米)，對比度也較差。光學成像技術(shù)(包括時間分辨光學成像、頻域光學成像、光學相干層析術(shù)等)具有對人體無損傷、分辨率高等特點，但由于這些方法都是利用外部光源，而生物組織對外源光具有強烈的散射和吸收，所以目前的技術(shù)水平只能達到對深度為毫米量級的淺層生物組織成像，較難實現(xiàn)對深層組織的精確測量，同時，這些光學成像方法都是利用組織的光學特性來實現(xiàn)的，其成像對比度僅僅單一地來源于組織的光學特性差異，因而成像對比度不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種化學發(fā)光探針介導(dǎo)的光動力學腫瘤成像方法。主要是使用對生物體無毒害的光敏劑和化學發(fā)光試劑，結(jié)合對生物體無損傷作用的較長波長可見光的輻照，誘導(dǎo)生物體或組織產(chǎn)生光敏化的化學發(fā)光，并利用此化學發(fā)光對生物體腫瘤病變部位實現(xiàn)精確成像。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種實現(xiàn)上述方法的化學發(fā)光探針介導(dǎo)的光動力學腫瘤成像裝置。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)，本化學發(fā)光探針介導(dǎo)的光動力學腫瘤成像方法包括如下步驟
(1)將對生物體或組織無化學損傷，且對腫瘤病變部位具有代謝特異性的卟啉類光敏試劑1～100μM注射進生物體或組織；(2)10～24小時后，將對單線態(tài)氧具有選擇性的化學發(fā)光探針1～100μM注射進生物體或組織；(3)用功率密度為0.05～2.00W/cm2和波長范圍為550～700nm的激發(fā)光源均勻輻照生物體或組織10～80s，誘導(dǎo)生物體或組織產(chǎn)生光動力反應(yīng)，繼而產(chǎn)生光敏化的化學發(fā)光；(4)利用光接收組件接收此來自生物體或組織的光敏化化學發(fā)光信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號；(5)將電信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；(6)處理數(shù)字信號并進行影像重建，獲得生物體或組織病變部位的光敏化化學發(fā)光圖像。
所述的對腫瘤部位具有代謝特異性的卟啉類光敏劑為臨床許可的濃度范圍10～50μM。
所述化學發(fā)光探針為一種海螢熒光素類似物(FCLA)，其濃度范圍為2～50μM。
所述的激發(fā)光源的波長可選擇處于光敏劑的吸收波長范圍內(nèi)，并對生物體或組織具較好穿透性的550～700nm；激發(fā)光功率密度可用遠低于生物組織損傷閾值的量0.1～0.5W/cm2。
在用激發(fā)光源均勻輻照生物體或組織一定時間后，立即關(guān)閉激發(fā)光，記錄生物體或組織的光敏化化學發(fā)光，避免了來自樣品的激發(fā)光的散射光、熒光和磷光等的干擾。
所述激發(fā)光源為50W的高壓汞燈時，可選取540～600nm長通濾光片獲得所需的激發(fā)波段，垂直均勻輻照樣品20～60s。具體地，可選取550nm長通濾光片獲得所需的激發(fā)波段，垂直均勻輻照樣品，可以得到較為清晰的生物體腫瘤部位的光敏化化學發(fā)光圖像，信噪比可達1.32。
本發(fā)明化學發(fā)光探針介導(dǎo)的光動力學成像裝置包括可見光激發(fā)組件、光接收組件、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計算機，光激發(fā)組件與計算機電氣連接，光接收組件、模數(shù)轉(zhuǎn)換器與計算機依次電氣連接。
所述光激發(fā)組件可以采用單一波長的激光經(jīng)擴束后均勻照射生物樣品，也可以用現(xiàn)有熒光成像中常使用的激發(fā)光源，例如氙燈或汞燈，為防止光源的紫外波段直接激發(fā)產(chǎn)生單線態(tài)氧和短波長光引起的干擾，選用合適濾光片濾掉激發(fā)光中的較短波長成分。
所述光接收組件是用于探測光的裝置，因光敏化化學發(fā)光相對來說較為微弱，可采用單光子成像系統(tǒng)，例如CCD或增強型CCD照像系統(tǒng)。
所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器可采用通用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，或帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的其他裝置。例如National Instruments公司生產(chǎn)的系列圖像采集卡，或PrincetonInstruments公司生產(chǎn)的CCD控制器。
所述計算機內(nèi)裝有通用的圖像處理軟件，例如National Instruments公司開發(fā)的LabVIEW軟件或Princeton Instruments公司開發(fā)的WINVIEW軟件，用于生物體或組織光敏化化學發(fā)光圖像的處理及重建。
本發(fā)明的基本原理為利用卟啉類光敏劑可優(yōu)先在腫瘤病變部位積聚的特點，實現(xiàn)對腫瘤發(fā)生部位的定位；然后，利用光動力反應(yīng)過程中，卟啉光敏劑在特定波長光照射下產(chǎn)生的單線態(tài)氧分子與靈敏的化學發(fā)光探針選擇性地反應(yīng)，發(fā)出特定波長的化學發(fā)光，亦即光敏化的化學發(fā)光；探測此光敏化化學發(fā)光的產(chǎn)生部位，即為單線態(tài)氧分子的產(chǎn)生部位，也就是光敏劑積聚的腫瘤病變部位，從而實現(xiàn)對腫瘤病變部位的成像。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點及效果(1)本化學發(fā)光探針介導(dǎo)的光動力學腫瘤成像方法結(jié)合了光敏劑對腫瘤病變組織的定位和化學發(fā)光探針對光敏化產(chǎn)生的單線態(tài)氧的選擇性反應(yīng)及光學成像具有高分辨、無損傷的優(yōu)點，不會對生物體產(chǎn)生放射性損傷，所以與傳統(tǒng)的醫(yī)學影像診斷方法相比具有無損傷、分辨率高的優(yōu)點。
(2)本化學發(fā)光探針介導(dǎo)的光動力學腫瘤成像方法是利用較長波長的激發(fā)光照射生物組織，產(chǎn)生較短波長的化學發(fā)光，所以此成像方法避免了來自于生物組織自體較長波長的熒光和磷光干擾，與傳統(tǒng)的熒光成像方法，例如光動力學熒光診斷相比大大降低了背景干擾，對比度亦有較大程度的提高。
(3)本化學發(fā)光探針介導(dǎo)的光動力學腫瘤成像方法使用的兩種試劑，卟啉類光敏劑及海螢熒光素類化學發(fā)光試劑，使用濃度低，不會對生物體產(chǎn)生各種化學損傷，所以與傳統(tǒng)的使用熒光對比試劑的方法相比具有無損傷活體成像的優(yōu)點。
(4)本化學發(fā)光探針介導(dǎo)的光動力學腫瘤成像方法操作過程簡單，容易實現(xiàn)；而且實現(xiàn)本方法的裝置結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)裝配較為容易，操作使用方便，整體裝置造價相對較低。


圖1是本發(fā)明化學發(fā)光探針介導(dǎo)的光動力腫瘤成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為盛于一比色皿中的體外模擬溶液在可見光激發(fā)后記錄30s的光敏化化學發(fā)光圖像；圖3是一右肩部荷瘤裸鼠在微弱光照下的外形圖；圖4是圖3的荷瘤裸鼠經(jīng)光激發(fā)后記錄1min的光敏化化學發(fā)光圖像。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
實施例1圖1示出了本發(fā)明化學發(fā)光探針介導(dǎo)的光動力學腫瘤成像裝置的結(jié)構(gòu)，由圖1可見，本裝置包括有光激發(fā)組件1、光接收組件2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器3、計算機4，其中光激發(fā)組件1由激發(fā)光源1-1、調(diào)焦透鏡1-2和濾光片組1-3構(gòu)成；光接收組件2由濾光片2-1、收集光的照像鏡頭2-2與探測器2-3連接構(gòu)成；光激發(fā)組件1與計算機4電氣連接，光接收組件2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器3與計算機4依次電氣連接；5為三維可調(diào)樣品架，架上放置待測生物體或組織，6為暗室。選用各構(gòu)件連接組成本裝置，其中，激發(fā)光源1-1選用BIO-RAD公司的普通50W高壓汞燈，調(diào)焦透鏡1-2為汞燈自帶的可調(diào)焦透鏡組，濾光片1-3選用COHERENT公司的OG 550長通濾光片；濾光片2-1選用COHERENT公司的550nm短通濾光片，照像鏡頭2-2選用適用于弱光拍攝的Nikon公司的大數(shù)字孔徑鏡頭(50mm，f/1.2型)；探測器2-2選用美國Princeton Instruments公司的ICCD-576-s/1增強型CCD；模數(shù)轉(zhuǎn)換器3選用美國Princeton Instruments公司的ST-130型控制器；計算機4選用Intel公司的Pentium III型微機。
將上述裝置應(yīng)用于體外模擬溶液的成像在一個10mm×10mm×40mm的石英比色皿中加入1mL 0.01mol/L pH7.4的磷酸緩沖鹽溶液PBS，其中含有人血清白蛋白5μM，15μM的血卟啉衍生物HpD和2μM的化學發(fā)光試劑FCLA，溶液混均后放置于暗室6內(nèi)的樣品架5上，使液面位于集光照像鏡頭2-2的焦面處，然后完全關(guān)閉暗室6，通過計算機4的控制軟件打開激發(fā)光源1-1的擋光快門和電源開關(guān)，使激發(fā)光通過調(diào)焦透鏡1-2和濾光片1-3垂直而均勻地輻照盛樣比色皿的一個石英窗面，由計算機4控制輻照時間20s后立即關(guān)閉激發(fā)光源的擋光快門，在光的激發(fā)作用下，此體外模擬溶液中發(fā)生光敏化作用，形成單線態(tài)氧，引發(fā)化學發(fā)光反應(yīng)，關(guān)閉激發(fā)光源的擋光快門后，立即通過計算機4控制打開集光照像鏡頭2-2的快門，由探測器2-3開始記錄30s來自樣品的化學發(fā)光信號，并將發(fā)光信號轉(zhuǎn)化為電信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換器3對電信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后將其輸入計算機4，在計算機4中利用Princeton Instruments公司開發(fā)的WINVIEW軟件進行圖像重建及數(shù)據(jù)處理即可得到如圖2中所示的體外模擬溶液在光激發(fā)作用下的光敏化化學發(fā)光圖像。由圖2可見，本發(fā)明方法可以對體外模擬的生物組織溶液成像，圖像清晰，信噪比為2.07。
實施例2將實施例1中所述裝置應(yīng)用于對生物活體的成像取4個月齡實驗用裸鼠一只，于裸鼠右肩部皮下接種乳腺癌細胞，兩周后接種部位長出直徑約0.8cm大小的實體瘤。實驗的前一天給此裸鼠按1～10mg/Kg體重的劑量靜脈注射光敏劑血卟啉衍生物HpD，24小時后皮下注射2～20μM海螢熒光素類化學發(fā)光探針FCLA，60min后將裸鼠麻醉，放入暗室6內(nèi)的樣品架5上，首先在微弱光照下記錄如圖3所示的外形圖，定位出鼠體和腫瘤的方位，然后完全關(guān)閉暗室6，通過計算機4打開激發(fā)光源1-1的擋光快門和電源，使激發(fā)光能夠垂直均勻地輻照裸鼠表面，由計算機4控制輻照時間10～80s，然后立即關(guān)閉激發(fā)光源1-1的擋光快門，在光的激發(fā)作用下，病變的腫瘤部位產(chǎn)生光敏化的化學發(fā)光，為避免激發(fā)光的散射光、熒光和磷光的干擾，關(guān)閉激發(fā)光源1-1的擋光快門后，才立即通過計算機4控制打開集光照像鏡頭2-2的快門，由探測器2-3開始記錄1min來自裸鼠的光敏化化學發(fā)光信號，并將發(fā)光信號轉(zhuǎn)化為電信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換器3對電信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后將其輸入計算機4，在計算機4中利用Princeton Instruments公司開發(fā)的WINVIEW軟件進行圖像重建及數(shù)據(jù)處理即可得到如圖4中所示的化學發(fā)光圖像。由圖4可見，本發(fā)明方法可以對生物活體的腫瘤病變部位成像，圖像較為清晰，信噪比為1.32。
權(quán)利要求
1.一種化學發(fā)光探針介導(dǎo)的光動力學腫瘤成像方法，其特征在于包括如下步驟(1)將對生物體或組織無化學損傷，且對腫瘤病變部位具有代謝特異性的卟啉類光敏試劑1～100μM注射進生物體或組織；(2)10～24小時后，將對單線態(tài)氧具有選擇性的化學發(fā)光探針1～100μM注射進生物體或組織；(3)用功率密度為0.05～2.00W/cm2和波長范圍為550～700nm的激發(fā)光均勻輻照生物體或組織10～80s，誘導(dǎo)生物體或組織產(chǎn)生光敏化的化學發(fā)光；(4)利用光接收組件接收此來自生物體或組織的光敏化化學發(fā)光信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號；(5)將電信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；(6)處理數(shù)字信號并進行影像重建，獲得生物體或組織的結(jié)構(gòu)圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學發(fā)光探針介導(dǎo)的光動力學腫瘤成像方法，其特征在于所述的對腫瘤部位具有代謝特異性的卟啉類光敏劑為臨床許可的濃度范圍10～50μM。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學發(fā)光探針介導(dǎo)的光動力學腫瘤成像方法，其特征在于所述的化學發(fā)光探針為海螢熒光素類似物，其濃度為2～50μM。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學發(fā)光探針介導(dǎo)的光動力學腫瘤成像方法，其特征在于所述激發(fā)光源可以是單一波長的激光經(jīng)擴束后均勻照射待測生物樣品，也可以用具有較寬譜帶的汞燈或氙燈作為激發(fā)光源均勻照射待測生物樣品。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的化學發(fā)光探針介導(dǎo)的光動力學腫瘤成像方法，其特征在于激發(fā)光源為50W的高壓汞燈時，可選取540～600nm長通濾光片獲得所需的激發(fā)波段，垂直均勻輻照樣品20～60s。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學發(fā)光探針介導(dǎo)的光動力學腫瘤成像方法，其特征在于所述的激發(fā)光源的波長為處于光敏劑的吸收范圍內(nèi)，并對生物體或組織具較好穿透性的550～700nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學發(fā)光探針介導(dǎo)的光動力學腫瘤成像方法，其特征在于激發(fā)光源功率密度可用遠低于生物組織損傷閾值的量0.1～0.5W/cm2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學發(fā)光探針介導(dǎo)的光動力學腫瘤成像方法，其特征在于所述的激發(fā)光源均勻輻照生物體或組織一定時間后，立即關(guān)閉激發(fā)光源，然后開始記錄生物體或組織的光敏化化學發(fā)光。
9.一種化學發(fā)光探針介導(dǎo)的光動力學腫瘤成像裝置，其特征在于包括光激發(fā)組件、光接收組件、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計算機，光激發(fā)組件與計算機電氣連接，光接收組件、模數(shù)轉(zhuǎn)換器與計算機依次電氣連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的化學發(fā)光探針介導(dǎo)的光動力學腫瘤成像裝置，其特征在于所述光接收組件采用單光子成像系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種化學發(fā)光探針介導(dǎo)的光動力學腫瘤成像方法,包括:卟啉類光敏試劑和化學發(fā)光探針的預(yù)先導(dǎo)入;使用適當波長的光直接照射生物體或組織,誘導(dǎo)生物體或組織產(chǎn)生光敏化化學發(fā)光;光接收組件將此發(fā)光信號轉(zhuǎn)換為電信號;電信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號;處理數(shù)字信號獲得生物體或組織的結(jié)構(gòu)圖像;一種實現(xiàn)上述方法的裝置,包括可見光激發(fā)組件、光接收組件、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計算機。本發(fā)明結(jié)合了光敏劑對腫瘤病變組織的定位和化學發(fā)光探針對光敏化產(chǎn)生的單線態(tài)氧的選擇性反應(yīng)及光學成像具有高分辨、無損傷的優(yōu)點,不會對生物體產(chǎn)生放射性損傷,對腫瘤病變部位有選擇性聚集的特點,用于生物醫(yī)學中腫瘤病變的影像診斷可得到較高分辨率的清晰圖像。
文檔編號A61B6/00GK1385136SQ02115398
公開日2002年12月18日 申請日期2002年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月18日
發(fā)明者邢達, 王涓 申請人:華南師范大學