超聲微氣泡造影劑聲學(xué)性能的研究

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1、超聲微氣泡造影劑聲學(xué)性能的研究-->結(jié)合磁性納米顆粒的超聲微氣泡造影劑聲學(xué)性能的研究目錄1.1研究背景超聲造影劑主要是指微氣泡超聲造影劑,一般是指直徑在1-10μm的包膜氣泡,通常由脂質(zhì)體、白蛋白以及高分子等材料包裹氣體形成。將微氣泡靜脈注射到體內(nèi),微氣泡將隨著血液的流動(dòng)分布到全身各處,由于微氣泡比血液對(duì)超聲有更好的散射特性,因此能放大超聲回波信號(hào),使超聲診斷圖像具有更高的靈敏度和分辨率。超聲造影劑在臨床中有著廣泛的應(yīng)用,包括超聲波心動(dòng)描記術(shù)[1]、局部肝臟損傷的檢測(cè)[2]、腎臟血流的定量檢測(cè)[3]、以及腫瘤的

2、檢測(cè)等[4]。近年來,隨著研究的進(jìn)一步深入,微氣泡在分子影像[5],藥物/基因的傳輸[6]等方面的應(yīng)用受到人們的廣泛關(guān)注?！　〕曃馀菰煊皠┞晫W(xué)性能的研究-->結(jié)合磁性納米顆粒的超聲微氣泡造影劑聲學(xué)性能的研究目錄1.1研究背景超聲造影劑主要是指微氣泡超聲造影劑,一般是指直徑在1-10μm的包膜氣泡,通常由脂質(zhì)體、白蛋白以及高分子等材料包裹氣體形成。將微氣泡靜脈注射到體內(nèi),微氣泡將隨著血液的流動(dòng)分布到全身各處,由于微氣泡比血液對(duì)超聲有更好的散射特性,因此能放大超聲回波信號(hào),使超聲診斷圖像具有更高的靈敏度和分辨率

3、。超聲造影劑在臨床中有著廣泛的應(yīng)用,包括超聲波心動(dòng)描記術(shù)[1]、局部肝臟損傷的檢測(cè)[2]、腎臟血流的定量檢測(cè)[3]、以及腫瘤的檢測(cè)等[4]。近年來,隨著研究的進(jìn)一步深入,微氣泡在分子影像[5],藥物/基因的傳輸[6]等方面的應(yīng)用受到人們的廣泛關(guān)注。超聲造影劑經(jīng)歷了三代的逐步發(fā)展,第一代是游離微氣泡造影劑,由于氣液界面的較高表面張力使得該類微氣泡在體循環(huán)中不穩(wěn)定,不能承受較長時(shí)間的成像顯影,可重復(fù)性差,并且較大的氣泡粒徑使得其難以通過肺部毛細(xì)血管網(wǎng),在臨床應(yīng)用中有很大的限制。第二代是膜殼包裹空氣微氣泡造影劑,通過

4、在表面包裹一層膜殼,防止氣體向液體內(nèi)滲透,微氣泡的穩(wěn)定性得到了很大的提高,可以為超聲顯影提供足夠的時(shí)間[7,8]。目前研究最多的是第三代造影劑,即氟碳造影劑。氟碳?xì)怏w在血液中的彌散性極差,穩(wěn)定性好。其最基本的特點(diǎn)有以下幾點(diǎn):①微泡直徑-->[KV]模型分別用以描述膜材的剪切變薄、應(yīng)變強(qiáng)化和Hookean小位移特性。由于超聲擾動(dòng)的各同向性,面積膨脹系數(shù)是一重要參數(shù)。當(dāng)薄膜剪切變薄[MR]時(shí),共振頻率隨著超聲幅值的增大而減小,而當(dāng)膜殼應(yīng)變硬化[SK]時(shí)結(jié)果正好相反。超聲擾動(dòng)幅值增加,單個(gè)SK膜材的微氣泡其總的散射截

5、面減少,而對(duì)KV或MR膜材而言總散射截面趨于增加。EStride等人[28]理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)說明在氣泡表面結(jié)合納米顆粒,在低幅值超聲壓激勵(lì)下其非線性響應(yīng)能顯著地提高。這是因?yàn)榧{米顆粒填充在膜殼上從而阻止了氣泡的壓縮。1.2.2微氣泡粒徑對(duì)其聲學(xué)性能的影響KarenE.Morgan等人[29]求解了帶有膜殼參數(shù)的修正后的Herring方程得到半徑-時(shí)間關(guān)系結(jié)合光學(xué)測(cè)量方法研究超聲激發(fā)頻率和粒徑對(duì)單個(gè)微氣泡散射回波的影響。對(duì)半徑僅相差0.6微米的兩種微氣泡樣品進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)它們的回波信號(hào)有顯著差異。更大的微氣泡(半徑為

6、1.3微米)產(chǎn)生更強(qiáng)下降更慢的回波信號(hào),而粒徑更小的微氣泡(半徑為0.7微米)產(chǎn)生更弱的消失更快的回波信號(hào)。Goertz,D.E等人[30]研究了磷脂包裹的微氣泡造影劑在高超聲頻率下氣泡粒徑對(duì)非線性散射的影響。仿真結(jié)果表明粒徑在1-2微米級(jí)以下的氣泡當(dāng)激發(fā)頻率為在20-30MHz范圍內(nèi)時(shí),可能產(chǎn)生非線性散射。用機(jī)械過濾和傾析技術(shù)控制氣泡粒徑分布,首先排除較大的氣泡(直徑大于1.3微米),觀察到諧波(次諧波、超諧波和二次諧波)與基波能量的比率在激發(fā)頻率為20MHz和30MHz時(shí)得以提高。這些結(jié)果表明微米的亞群和次

7、微米級(jí)氣泡能在活組織鏡檢查頻率范圍內(nèi)超聲激發(fā)能產(chǎn)生非線性信號(hào)。1.3超聲激勵(lì)信號(hào)對(duì)微氣泡非線性特性的影響。1.3.1不同聲壓激發(fā)下微氣泡散射特性氣泡振動(dòng)的非線性屬性已被廣泛應(yīng)用于造影增強(qiáng)成像技術(shù)中,例如B超成像、脈沖反轉(zhuǎn)成像(PI)、幅度調(diào)制成像(aM)、脈沖反轉(zhuǎn)調(diào)幅成像(PIaM)等。近來,新的非線性屬性如“僅壓縮”和“閾值”已有報(bào)導(dǎo)[31],[32]。認(rèn)為這些屬性有助于增加當(dāng)前微氣泡造影成像的檢測(cè)靈敏度。例如閾值與微氣泡僅在超聲脈沖幅值超過一特定值時(shí)響應(yīng)有關(guān)。因此,檢測(cè)方案包括通過調(diào)制激發(fā)脈沖幅度,如aM或

8、PiaM得到高非線性特性而應(yīng)用于檢測(cè)中。而“僅壓縮”解釋為微泡非對(duì)稱振動(dòng),這時(shí)微泡主要發(fā)生壓縮而幾乎不擴(kuò)張。這一效果主要通過分析由高速光學(xué)相機(jī)記錄的半徑-時(shí)間曲線而得到。Sijl等人[33]通過光學(xué)和聲學(xué)測(cè)量(聲壓幅值在40kPa以下)相結(jié)合的方法,將單個(gè)磷脂包裹氣體的微氣泡用光學(xué)記錄的半徑-時(shí)間曲線與聲學(xué)采集的聲壓-時(shí)間曲線進(jìn)行比較。他們發(fā)現(xiàn)在聲壓-時(shí)間曲線中觀察到的次諧波能通過僅壓