[發明專利]斷層成像連續監測腫瘤缺氧

在審

• 申請號: 202010776524.5
• 申請日: 2017-03-30
• 公開（公告）號: CN111973195A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: C.貝爾思安加迪;F.卡希夫;S.A.李;T.特羅伊;J.D.佩羅;S.阿拉
• 申請（專利權）人: 威里利生命科學有限責任公司
• 主分類號: A61B5/1455
• 分類號: A61B5/1455;A61B5/00;A61B5/145;G16H40/67;H04N5/33;H04N5/372;H04N5/374
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 金玉潔

描述了一種利用光子混合器設備(PMD)通過近紅外(NIR)光譜學測量腫瘤周圍的組織中的氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白濃度的設備和方法。

本申請是申請日為2017年3月30日、中國申請號為201780022994.9、發明名稱為“利用近紅外光譜學和具有光子混合器設備的斷層成像連續監測腫瘤缺氧”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本公開一般涉及組織氧合的連續監測，特別是腫瘤缺氧，更具體地，涉及用于計算腫瘤周圍的組織中氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的濃度的方法和設備。

背景技術

實體腫瘤(solid tumor)周圍的微環境通常缺氧。腫瘤周圍的組織中脫氧血紅蛋白與氧合血紅蛋白濃度的比率高于健康組織中的比率。通過測量組織氧合，可以評估腫瘤的功能行為。組織氧合狀態也可用于評估常規或新輔助化療的有效性以及確定疾病進展和幫助預后。

近紅外(Near-infrared，NIR)吸收光譜學是一種已用于測量組織中氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的相對量的技術。在600-1000nm的NIR光譜窗口中，光子在組織中的傳播被散射主導，而不是被吸收主導。為了精確測量目標組織中血紅蛋白的濃度，光子被吸收的部分和被散射的部分必須去耦合。然而，利用采用穩態照射的連續波NIR吸收光譜學，通常很難分離光子被吸收的部分和被散射的部分。因此，NIR吸收光譜學的傳統方法不允許精確測量腫瘤周圍的組織中的氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白濃度。為了彌補這一點，研究人員開發了各種時域和頻域技術來獨立地測量光子被散射的部分和被吸收的部分，從而計算絕對血紅蛋白濃度的更精確的值。這些允許分別測量吸收和散射的測量技術共同稱為漫射光譜學(Diffuse Optical Spectroscopy，DOS)。當光子被散射的部分和被吸收的部分被用于組織的空間重建時，這些技術被稱為漫射光學斷層成像(Diffuse Optical Tomography，DOT)。

雖然存在商業上可獲得的連續波NIR DOS設備(例如，來自Medtronic-Covidien的INVOS^TM血氧定量法系統、來自Hamamatsu的NIR-200NX近紅外氧合監測儀等)，由于頻域技術的復雜性增加，頻域NIR DOS設備還沒有從研究過渡到現實世界使用。目前用于研究的頻域DOS設備通常體積龐大且昂貴，并且因此，不能容易地被轉換成醫療器材，用于現實世界的醫院環境(hospital setting)或護理點(point-of-care)。

因此，仍然有開發可以應用于連續組織氧合測量的小型化、低成本的頻域光譜學和斷層成像設備的需求。

發明內容

本公開針對用于監測腫瘤缺氧的設備和方法。本公開的設備和方法可被用于持續監測經受化療的患者內的腫瘤的功能狀態。該設備可以小型化，從而可以植入患者體內腫瘤附近，或者該設備可以以可穿戴設備的形式安裝在靠近腫瘤部位的患者身體上。在一些實施方式中，該設備可以是手持式的，使得它可以在護理點(例如，在患者的醫院床邊、醫生的辦公室或患者的家里)用于評估腫瘤的功能狀態。

本公開的一方面是一種用于連續監測組織區域中的腫瘤的設備。該設備可以包括PMD相機芯片和至少一個與PMD相機芯片水平地分離的調幅近紅外光源，使得PMD相機芯片和近紅外光源處于反射幾何結構。

本公開的另一方面是一種用于連續監測腫瘤缺氧的方法。該方法包括：a)用緊鄰腫瘤提供的調幅近紅外光源照射具有腫瘤的組織區域；b)使用緊鄰腫瘤提供的多像素PMD相機芯片記錄從組織區域反射的光，其中近紅外光源與PMD相機芯片水平地分離；c)測量反射光的振幅和相移；d)使用反射光的振幅和相移來計算吸收系數和約化散射系數；e)對至少兩種不同波長的光重復步驟a-d；以及f)使用針對至少兩種不同波長的光計算的吸收系數和約化散射系數來計算組織區域中氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的濃度。