超声微气泡造影剂声学性能的研究

《超声微气泡造影剂声学性能的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、超声微气泡造影剂声学性能的研究-->结合磁性纳米颗粒的超声微气泡造影剂声学性能的研究目录1.1研究背景超声造影剂主要是指微气泡超声造影剂,一般是指直径在1-10μm的包膜气泡,通常由脂质体、白蛋白以及高分子等材料包裹气体形成。将微气泡静脉注射到体内,微气泡将随着血液的流动分布到全身各处,由于微气泡比血液对超声有更好的散射特性,因此能放大超声回波信号,使超声诊断图像具有更高的灵敏度和分辨率。超声造影剂在临床中有着广泛的应用,包括超声波心动描记术[1]、局部肝脏损伤的检测[2]、肾脏血流的定量检测[3]、以及肿瘤的

2、检测等[4]。近年来,随着研究的进一步深入,微气泡在分子影像[5],药物/基因的传输[6]等方面的应用受到人们的广泛关注。　　超声微气泡造影剂声学性能的研究-->结合磁性纳米颗粒的超声微气泡造影剂声学性能的研究目录1.1研究背景超声造影剂主要是指微气泡超声造影剂,一般是指直径在1-10μm的包膜气泡,通常由脂质体、白蛋白以及高分子等材料包裹气体形成。将微气泡静脉注射到体内,微气泡将随着血液的流动分布到全身各处,由于微气泡比血液对超声有更好的散射特性,因此能放大超声回波信号,使超声诊断图像具有更高的灵敏度和分辨率

3、。超声造影剂在临床中有着广泛的应用,包括超声波心动描记术[1]、局部肝脏损伤的检测[2]、肾脏血流的定量检测[3]、以及肿瘤的检测等[4]。近年来,随着研究的进一步深入,微气泡在分子影像[5],药物/基因的传输[6]等方面的应用受到人们的广泛关注。超声造影剂经历了三代的逐步发展,第一代是游离微气泡造影剂,由于气液界面的较高表面张力使得该类微气泡在体循环中不稳定,不能承受较长时间的成像显影,可重复性差,并且较大的气泡粒径使得其难以通过肺部毛细血管网,在临床应用中有很大的限制。第二代是膜壳包裹空气微气泡造影剂,通过

4、在表面包裹一层膜壳,防止气体向液体内渗透,微气泡的稳定性得到了很大的提高,可以为超声显影提供足够的时间[7,8]。目前研究最多的是第三代造影剂,即氟碳造影剂。氟碳气体在血液中的弥散性极差,稳定性好。其最基本的特点有以下几点:①微泡直径-->[KV]模型分别用以描述膜材的剪切变薄、应变强化和Hookean小位移特性。由于超声扰动的各同向性,面积膨胀系数是一重要参数。当薄膜剪切变薄[MR]时,共振频率随着超声幅值的增大而减小,而当膜壳应变硬化[SK]时结果正好相反。超声扰动幅值增加,单个SK膜材的微气泡其总的散射截

5、面减少,而对KV或MR膜材而言总散射截面趋于增加。EStride等人[28]理论结合实验说明在气泡表面结合纳米颗粒,在低幅值超声压激励下其非线性响应能显著地提高。这是因为纳米颗粒填充在膜壳上从而阻止了气泡的压缩。1.2.2微气泡粒径对其声学性能的影响KarenE.Morgan等人[29]求解了带有膜壳参数的修正后的Herring方程得到半径-时间关系结合光学测量方法研究超声激发频率和粒径对单个微气泡散射回波的影响。对半径仅相差0.6微米的两种微气泡样品进行研究,发现它们的回波信号有显著差异。更大的微气泡(半径为

6、1.3微米)产生更强下降更慢的回波信号,而粒径更小的微气泡(半径为0.7微米)产生更弱的消失更快的回波信号。Goertz,D.E等人[30]研究了磷脂包裹的微气泡造影剂在高超声频率下气泡粒径对非线性散射的影响。仿真结果表明粒径在1-2微米级以下的气泡当激发频率为在20-30MHz范围内时,可能产生非线性散射。用机械过滤和倾析技术控制气泡粒径分布,首先排除较大的气泡(直径大于1.3微米),观察到谐波(次谐波、超谐波和二次谐波)与基波能量的比率在激发频率为20MHz和30MHz时得以提高。这些结果表明微米的亚群和次

7、微米级气泡能在活组织镜检查频率范围内超声激发能产生非线性信号。1.3超声激励信号对微气泡非线性特性的影响。1.3.1不同声压激发下微气泡散射特性气泡振动的非线性属性已被广泛应用于造影增强成像技术中,例如B超成像、脉冲反转成像(PI)、幅度调制成像(aM)、脉冲反转调幅成像(PIaM)等。近来,新的非线性属性如“仅压缩”和“阈值”已有报导[31],[32]。认为这些属性有助于增加当前微气泡造影成像的检测灵敏度。例如阈值与微气泡仅在超声脉冲幅值超过一特定值时响应有关。因此,检测方案包括通过调制激发脉冲幅度,如aM或

8、PiaM得到高非线性特性而应用于检测中。而“仅压缩”解释为微泡非对称振动,这时微泡主要发生压缩而几乎不扩张。这一效果主要通过分析由高速光学相机记录的半径-时间曲线而得到。Sijl等人[33]通过光学和声学测量(声压幅值在40kPa以下)相结合的方法,将单个磷脂包裹气体的微气泡用光学记录的半径-时间曲线与声学采集的声压-时间曲线进行比较。他们发现在声压-时间曲线中观察到的次谐波能通过仅压