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《基于超声造影剂中包膜微气泡非线性振动的次谐波和超谐波研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第50卷第17期2005年9月论文基于超声造影剂中包膜微气泡非线性振动的次谐波和超谐波研究*龚燕君章东龚秀芬(南京大学声学研究所近代声学国家重点实验室,南京210093.*联系人,E-mail:dzhang@nju.edu.cn)摘要次谐波和超谐波与基波和二次谐波相比,有更好的组织比(CTR),在医学诊断领域显示了广阔的应用前景.给出了基于Church模型的包膜气泡非线性振动的频率响应,解释了频率偏移现象,并且讨论了次谐波和超谐波产生的最佳频率.此外,在理论和实验上研究了次谐波和超谐波与外加声压的变化关系,结果显示,次谐波和超谐波
2、的变化都经过3个阶段:产生、增长和饱和,但超谐波的产生略早于次谐波.关键词超声造影剂次谐波超谐波超声造影剂(UCA)是包含微气泡的悬浮液,气泡的方法,用于计算次谐波、超谐波与声压、激励频率直径一般为1~10µm.由于包膜微气泡可有效地增强之间的定量的关系.在实验中,我们使用商用超声造[1]散射回波强度,从而提高超声图像的对比度,所以影剂Levovist来测量次谐波和超谐波与声压的关系.近年来超声造影剂的研究受到了广泛关注.除了增1理论与方法强回波信号,包膜微气泡在超声作用下可产生非线关于包膜微气泡的理论描述基于修正的Church[
3、2,3]性振动、激发高次谐波(2f,3f,⋯)、次谐波(f/2,[10,11]的模型:f/3,⋯)和超谐波(3f/2,5f/2,⋯)等.如今,超声造影3⎛⎞R3κR′剂的二次谐波成像在商业B超上已得到广泛的应用.⎛⎞′′+=′2⎜⎟⎛⎞0−−−ρµLi⎜⎟RR()Rp0⎜⎟1pt()4L但是,这项技术有两个内在的缺陷[3,4],一个是二次⎝⎠2⎝⎠⎜⎟⎝⎠RR谐波信号的衰减比基波大,另一个是周围组织产生dR22R′dR⎛⎞R−−−12µSe0012GSe⎜⎟10,(1)的二次谐波信号会减小组织比[3,5].然而,超声造影SS33R
4、RRR⎝⎠剂中的次谐波和超谐波信号的信噪比相对于基波或其中,R为气泡的瞬时半径,R′和R″分别为气泡瞬时二次谐波信号的更好,因为周围组织不产生次谐波半径的一阶和二阶导数.R0为气泡在平衡位置时的半和超谐波.因此,由于有更好的组织比,次谐波和超径,dSe为初始时刻气泡膜厚,p0为大气压,ρL为周围谐波在超声成像以及超声检测方面有更好的应用前介质的密度,κ为多方指数,GS为剪切模量,µL为周围[6]景.Schrope等人分析了Levovist气泡在超声激励下介质中的剪切黏度,µS为膜表面的剪切黏度.的散射信号,在其频谱中观察到次谐波和
5、超谐波.ptpiA()=cos()ωt为随着时间变化的激励声压,ω为[3]Shankar等人研究发现了次谐波的组织比高于二次角频率,c为声速.包膜微气泡的线性共振频率f0表[7]谐波.Shi等人研究了次谐波的阈值,以及次谐波幅[10]示为[8]度与声压的关系.俞金飞等人研究了Sonazoid中次谐波和超谐波的产生以及它们与外加声压的关系.fG==ω011⎛⎞⎜⎟31κρ+2dSe.(2)00S但是,超声造影剂中超谐波信号的产生机制及其与2π2πRR00ρL⎝⎠次谐波比较的研究不多.用数值方法求解方程(1),初始条件R=R0,R′=
6、0次谐波和超谐波的产生需要阈值,这与激励频(t=0时).当外加声压幅度为pA时研究包膜微气泡的[9]率以及包膜气泡的物理特性有关.为了更好地研究强迫振动,在声压幅度不是很大的情况下,气泡做周次谐波和超谐波,我们需要对气泡的非线性振动有期性振动,设其振动频率为fR,它与外加声波频率f定量的理解.本文应用非线性动力学的理论研究了满足:=fmfmR,1,2,3,=⋯.同时,fR与气泡的固有Church关于包膜微气泡的模型[10],给出了定量分析频率f0满足:fn0=,fnR1=,2,3,⋯.因此,频响与n/m1820www.scichi
7、na.com论文第50卷第17期2005年9月有关,当m=1,n=2,3,⋯(n/m＝2,3,⋯)时,对应于高次谐波.当n=1,m=2,3,⋯(n/m＝1/2,1/3,⋯)时,对应于次谐波.当n=3,m=2时,对应于一阶超谐波.2包膜微气泡的频响曲线本文采用Levovist作为计算和测量的超声造影剂.Levovist悬浮液中包膜微气泡的平均直径为3µm,表面有一层半乳糖及少量棕榈酸(0.1%)构成的膜包裹.文献[12]给出了Levovist悬浮液中气泡分布,当8浓度为200mg/mL时约有4.8×10个气泡/mL,剪切模量GS和剪
8、切黏度µS的值通过低声压下声衰减的测[12]量而拟合得到,为GPSS=80MPa,µ=1.8a⋅S.图1给出了不同声压下计算出的Levovist的频响曲线,纵坐标为归一化的气泡半径(振动中气泡最大半径/气泡初始半径),横坐标为归一化的频率(外加频率
