个性化3D打印导板引导的聚焦超声介导的脑部药物递送系统及其递送方法与流程

本发明涉及一种个性化3d打印导板引导的聚焦超声介导的脑部药物递送系统及其递送方法，属于诊断与治疗的。

背景技术：

1、 中枢神经系统疾病, 如阿尔茨海默病、亨廷顿舞蹈症、帕金森综合征、脑卒中、脑胶质瘤等疾病，因其较高的致死率、致残率和较低的治愈率严重危害人类健康。治疗中枢神经系统疾病遇到的最大问题是血脑屏障阻碍了许多药物进入脑内从而影响疾病的治疗效果。为了提高血脑屏障对药物的通透性，传统开放血脑屏障的方法有以下几种：使药物具备脂溶性。将可溶于脂类的物质或者能与脂类载体共存的物质去修饰药物，使药物具备亲脂性，但周围器官也会吸收亲脂性药物，从而导致药物的利用率较低。经颅注射药物。通过一个连接导管的针头将药物直接注入病灶区域，但该方法危险性较高，容易造成脑功能区受损。静脉注射高渗透性溶液。注射高渗透性溶液可引起脑部毛细血管内皮细胞暂时脱水而产生收缩作用，能够实现短暂地开放血脑屏障。但是该方法不能局部开放血脑屏障，全脑的血管通透性都会增加，毒性物质将会渗透进入脑组织，引起病变组织区域之外的周围细胞和神经细胞受损。使用内源性载体运转系统。对载体表面进行改造，利用血脑屏障内皮细胞上的转运蛋白的特异性机制将药物输送到中枢神经系统。但是细胞膜上受体的数量有限，并且制作方法复杂，因此限制了其在临床上的运用。

2、聚焦超声能够有效、可逆、靶向、安全地开放血脑屏障，为脑部药物输送和中枢神经系统疾病的治疗提供良好的平台。临床上使用的经颅聚焦超声遇到的主要问题是缺少一个简单但又精确的定位引导装置。目前经颅聚焦超声是通过磁共振设备来进行引导的。这种引导方式能够精确地将超声波的聚焦点引导至治疗区域，但是这种引导方式依赖于昂贵的磁共振成像设备，对手术室环境条件及磁兼容手术器械有着很高的要求。由于高昂的设备投入和手术室建造费用，使得这一设备在国内仅在少数几家医院使用。此外，对于诸如化疗等需要多次给药进行治疗的病人而言，若每次给药时都需要磁共振扫描，那将耗费相当长的时间，耗用相当多的医疗资源。如何降低医院引进设备的成本，降低病人治疗的费用是当前在国内推广磁共振引导聚焦超声设备的一大难题。总之，利用磁共振引导的方式由于其在应用成本和方便性等方面存在较大问题，越来越不能满足临床需要。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种个性化3d打印导板引导的聚焦超声介导的脑部药物递送系统及其递送方法，利用个性化导板引导聚焦超声能量至靶区来开放血脑屏障，让药物顺利进入脑内并在靶区聚集足够的治疗量来治疗中枢神经系统疾病，导板可根据靶点进行性化制作，可重复使用，特别适合聚焦超声开放血脑屏障进行脑部药物递送。

2、本发明的上述技术目的主要是通过以下技术方案解决：一种个性化3d打印导板引导的聚焦超声介导的脑部药物递送系统，包括聚焦超声设备、3d打印机、可控制聚焦超声设备和3d打印机的电脑、用于静脉输送药物的输液器及颅面部导板，所述电脑可设计颅面部导板的虚拟模型，所述3d打印机可根据颅面部导板的虚拟模型打印实体的颅面部导板，所述聚焦超声设备包括聚焦超声探头；上述聚焦超声探头发出的能量可破裂从患者静脉输入的微泡，从而打开血脑屏障，将药物输送至颅内靶区，而颅面部导板可通过三维重建软件设计出来并通过3d打印机打印出来，颅面部导板可将患者颅内病灶在头部表面上的投影标记出来，从而可将聚焦超声探头快速准确地移动至标记处进行超声辐照，局部、暂时地打开血脑屏障并将药物递送到靶区，有效提高药物的递送效率。

3、作为优选，所述聚焦超声设备由作为信号发生装置的函数发生器、将来自函数发生器的电信号进行放大的功率放大器、提高电能转换为声能效率的阻抗匹配盒及将超声波聚集成细束的聚焦超声探头构成；上述聚焦超声设备由函数发生器、功率放大器、阻抗匹配盒及聚焦超声探头构成，可利用聚焦超声探头发出的脉冲式超声波对靶区进行超声辐照，刺激从患者静脉输入的微泡，通过空化效应开放血脑屏障。

4、作为优选，所述聚焦超声探头由充满去气水的水囊、可调节聚焦超声焦点位置和大小的相控阵列、接收空化效应发生时的声波强度和分布情况的b型超声探头构成；上述聚焦超声探头由水囊、相控阵列及b型超声探头构成，可通过相控阵列调节聚焦超声焦点的位置和大小，可通过b超探头检测血脑屏障是否被打开，并得到空化效应发生的位置。

5、作为优选，所述颅面部导板包括与患者鼻根和眉骨处配合的固定部和朝一侧延伸的定位部；上述固定部可将颅面部导板紧贴固定在患者面部，避免颅面部导板松脱，而定位部的设置，可延伸颅面部导板，以便于对靶区在患者头部表面的投影进行可靠的定位。

6、作为优选，所述定位部上设有与患者颅内病灶在头颅表面的投影位置对应的标记孔；上述标记孔的设置，可对应患者颅内病灶在头颅表面的投影位置进行标记，方便医务人员快速识别确定病灶的投影位置，并根据病灶到投影的距离确定病灶的位置。

7、个性化3d打印导板引导的聚焦超声介导的脑部药物递送系统的递送方法，包括以下步骤：

8、s1、对患者头部进行ct和mri扫描，获得该患者头部ct和mri影像数据；

9、s2、将步骤s1获得的影像数据导入计算机三维重建软件中，对ct数据和mri数据进行配准和融合，并重建出患者头部三维血管模型、三维神经模型、三维病灶模型以及三维头部表面模型；

10、s3、根据三维血管模型、三维神经模型、三维病灶模型，确定病灶、血管和神经的位置关系，同时根据三维头部表面模型，建立一条能避开血管和神经的从头部表面通向病灶的手术路径；

11、s4、根据s3建立的手术路径，测量病灶到手术入口的距离；

12、s5、根据患者头部三维表面模型、三维病灶模型和手术路径，设计患者颅面部导板的虚拟模型，通过3d打印机打印出实体的颅面部导板；

13、s6、对患者头部进行固定，将实体的颅面部导板紧贴患者面部，使用记号笔，在颅面部导板的标记孔内勾勒出病灶在患者头部表面的投影；

14、s7、去掉导板，将聚焦超声探头的中心置于记号笔勾勒出的投影中；

15、s8、通过注射器在患者静脉中注入微泡，设置好声压、频率、病灶到手术入口的距离、照射时间等参数后，通过聚焦超声探头对病灶进行超声辐照，通过微泡的空化效应开放血脑屏障，并通过聚焦超声探头中的b型超声探头监测血脑屏障的开放情况；

16、s9、血脑屏障被打开后，关闭聚焦超声并通过输液器在人体内注入药物。

17、上述方法可将个性化制作的3d打印导板代替磁共振引导聚焦超声能量至靶区，使得医务人员可更加快速、方便地利用个性化3d打印导板定位病灶的位置，并引导聚焦超声能量至靶区，从而局部、暂时地开放血脑屏障并进行药物递送，具有高精度、低成本、操作方便等特点，降低了聚焦超声系统的复杂性，减少了治疗时间和费用，无须考虑磁兼容性医疗器械，能够在递送药物入脑领域大范围推广。

技术特征：

1.一种个性化3d打印导板引导的聚焦超声介导的脑部药物递送系统，其特征在于：包括聚焦超声设备（1）、3d打印机（2）、可控制聚焦超声设备（1）和3d打印机（2）的电脑（3）、用于静脉输送药物的输液器（4）及颅面部导板（5），所述电脑（3）可设计颅面部导板（5）的虚拟模型，所述3d打印机（2）可根据颅面部导板（5）的虚拟模型打印实体的颅面部导板（5），所述聚焦超声设备（1）包括聚焦超声探头（11）。

2.根据权利要求1所述的个性化3d打印导板引导的聚焦超声介导的脑部药物递送系统，其特征在于：所述聚焦超声设备（1）由作为信号发生装置的函数发生器、将来自函数发生器的电信号进行放大的功率放大器、提高电能转换为声能效率的阻抗匹配盒及将超声波聚集成细束的聚焦超声探头（11）构成。

3.根据权利要求1或2所述的个性化3d打印导板引导的聚焦超声介导的脑部药物递送系统，其特征在于：所述聚焦超声探头（11）由充满去气水的水囊、可调节聚焦超声焦点位置和大小的相控阵列、接收空化效应发生时的声波强度和分布情况的b型超声探头构成。

4.根据权利要求1所述的个性化3d打印导板引导的聚焦超声介导的脑部药物递送系统，其特征在于：所述颅面部导板（5）包括与患者鼻根和眉骨处配合的固定部（51）和朝一侧延伸的定位部（52）。

5.根据权利要求4所述的个性化3d打印导板引导的聚焦超声介导的脑部药物递送系统，其特征在于：所述定位部（52）上设有与患者颅内病灶在头颅表面的投影位置对应的标记孔（521）。

6.用于权利要求1-5任意一项所述的个性化3d打印导板引导的聚焦超声介导的脑部药物递送系统的递送方法，其特征在于：包括以下步骤

技术总结
本发明涉及一种个性化3D打印导板引导的聚焦超声介导的脑部药物递送系统及其递送方法。该系统包括颅面部导板、聚焦超声设备、3D打印机、输液器、可控制聚焦超声和3D打印机的电脑，其药物递送方法如下：S1、获得患者头部CT和MRI影像数据；S2、重建出患者头部模型；S3、建立一条能避开血管和神经的从头部表面通向病灶的手术路径；S4、测量病灶到手术入口的距离；S5、设计患者颅面部虚拟导板并打印出实体的颅面部导板；S6、在颅面部导板的标记孔内勾勒出患者颅内病灶的投影；S7、去掉导板，将聚焦超声探头置于记号笔勾勒出的投影的中心；S8、聚焦超声探头对靶区进行超声辐照，局部地开放血脑屏障；S9、关闭聚焦超声并通过输液器在人体内注入药物。

技术研发人员：徐麟皓,范一峰,康晟宇,胡纪昌,邵彤
受保护的技术使用者：杭州市第一人民医院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16