Page 73 - 《应用声学》2021年第1期
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第 40 卷 第 1 期               刘强等： 磁纳米粒子介导的靶向剪切波弹性成像                                            69


                                                               别，然后通过光学成像方式实现高灵敏检测。Jin
             0 引言                                              等 [16]  和Li等  [17]  将磁致振动与光声成像相结合，用

                                                               于改善检测深度以及避免小鼠自身运动对检测的
                 组织力学特性与其生理病理变化过程密切相
                                                               干扰，并获得了高灵敏的成像分析                 [16−17] 。如果能
             关  [1−3] 。对剪切模量的定量检测有望为疾病早期诊
                                                               将磁纳米探针介导的磁动成像和超声弹性成像相
             断提供重要的依据。超声弹性成像作为获取组织剪
                                                               结合，有望提高超声弹性成像检测的灵敏度和特
             切模量分布的重要方式之一，具有实时、无创、定
                                                               异性。
             量等特点，已广泛用于肝纤维化、肝硬化和肝脂肪
                                                                   基于以上研究背景，本文将磁动成像和超声弹
             变性等弥漫性肝病的评估            [4−5] 。超声弹性成像的基
                                                               性成像结合起来，提出一种磁纳米粒子介导的靶
             本原理是某区域在外部力或者组织自身运动的作
                                                               向剪切波弹性成像(Targeted shear wave elastogra-
             用下，产生应力和应变，进而产生剪切波，通过检
                                                               phy, TSWE) 新方法。该方法主要是基于磁纳米粒
             测剪切波传播，利用后处理算法对剪切波的传播进
                                                               子在脉冲磁场作用下产生磁致振动，进而导致组织
             行分析来获取组织的弹性信息。根据激励方式的
                                                               周围的剪切波传播，通过超声探测粒子振动及剪切
             不同，超声弹性成像可分为准静态弹性成像                      [6−7] 、
                                                               波传播，从而获得磁纳米粒子的分布及周围组织的
             低频振动声弹性成像           [8] 、剪切波弹性成像 (Shear
                                                               弹性信息。针对该方法，本文首先基于 Verasonics
             wave elasticity imaging, SWEI) [9] 、声辐射力脉冲
                                                               超声成像系统搭建成像平台；其次，基于仿体探讨本
             成像(Acoustic radiation force imaging, ARFI)  [10] 、
                                                               方法对直径 3 mm 的磁纳米粒子标记区域的振动检
             超声剪切成像 (Supersonic shear imaging, SSI)     [11]
                                                               测，并在此基础上探讨对两种不同硬度仿体的弹性
             等。目前，在针对肝癌等恶性疾病的诊断过程中，这
                                                               信息；最后，还将通过理论仿真和传统的声辐射力
             些传统的超声弹性成像方法灵敏度不高，容易受内
                                                               脉冲成像检测结果相比较，以验证本研究方法的准
             部组织的异质性(如坏死、出血、受压、肝窦扩张、纤
                                                               确性。
             维化等)的影响。因此，如何提高超声弹性成像检测
             的灵敏度和特异性仍面临着巨大挑战。
                                                               1 材料与方法
                 随着纳米技术的快速发展，具有独特光学、声
             学、电学以及磁学等特性的纳米材料用于分子影像                            1.1  成像平台搭建
             探针的构建，能有效提高各种影像技术对癌症诊断                                成像平台的搭建主要分为激励信号源模块、信

             的灵敏度和准确度，为快速、原位、活体、在线的临                           号采集及数据处理模块、载物支架等，如图 1 所
             床分析提供了可能。其中，磁纳米粒子除了作为磁                            示。其中，激励信号源模块是由任意波函数发生器
             共振成像(Magnetic resonance imaging, MRI)造影           (ARBstudio1104、美国LeCroy)、功率放大器 (ATA-
             剂外  [12] ，最近有研究者还探讨其在磁动造影的应                       3000、中国安泰) 以及激励线圈构成，用于产生脉冲
             用研究，即磁致振动超声成像。与传统的微泡造影                            磁场。信号采集及数据处理模块主要是由 Verason-
             成像不同，该成像方法主要是利用脉冲磁场激励的                            ics 超声成像系统 (Vantage 128，美国 Verasonics)
             方式导致磁性粒子振动，然后通过超声对该振动进                            构成。
             行主动式探测，从而获得磁纳米粒子的分布。该成                                将 猪 皮 粉、 玉 米 粉 和 去 离 子 水 按 质 量 为
             像方法的核心在于振动的产生和检测。如Oh等                      [13]   5 : 5 : 100 的比例混合，微波加热使猪皮粉和玉
             在 2006 年利用超声多普勒方式实现了对超顺磁氧                         米粉溶解后，放置仿体模具中冷却。取部分加热
             化铁纳米粒子在磁场作用下振动的检测。2013 年，                         溶解后的仿体溶液分别与磁纳米粒子 (γ-Fe 2 O 3 ，粒
             Mehrmohammadi 等   [14]  通过超声成像实现对小鼠               径为 10 nm，上海阿拉丁) 和非磁性纳米粒子 (α-
             瘤内原位注射的磁纳米粒子在脉冲磁场作用下振                             Fe 2 O 3 ，粒径为 10 nm，上海阿拉丁) 混合，制备的
             动的检测。John 等      [15]  在美国科学院院报 (PNAS)            颗粒浓度为 10 mg/mL，然后将其分别灌入含直径
             上首次将磁致振动成像和分子影像相结合，利用靶                            为 3 mm 中空区域的凝胶仿体中。仿体的密度约为
                                                                       3
             向磁纳米探针对小鼠原位诱导的乳腺肿瘤进行识                             1.3 g/cm 。
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