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医学影像技术及设备的不断发展和完善，促进了医学诊断技术和方法的不断创新和进步。各种医学影像诊断技术，已从单一依靠形态变化进行诊断，发展成为集形态、功能和治疗为一体的综合诊断体系。但是，由于各种影像技术在时空分辨率方面各有优缺点，没有任何一种成像方式可以全面而完整地获取人体内部生物信息，因此，多种成像模式的联合使用具有互补优势。
超声诊断相对安全、轻便、快速、检测费用低，是目前全世界应用最广泛的医学诊断技术，与X——射线影像（CT）相比，超声诊断（US）更加安全；与磁共振成像（MRI）相比，更加价廉。尤其，超声微气泡造影剂的引入，极大地促进了超声诊断技术的进一步发展，使其在各种脏器的组织灌注、炎症检测和肿瘤检测等方面，获得到广泛的研究和临床应用。此外，还可在微气泡表面修饰靶向特异性分子或药物，实现分子显影或药物治疗。但是，超声波易受多种因素的干扰，对组织解剖结构关系的显示不如CT和MRI等，因此，将超声和其他诊断成像模式相结合，能够为临床医生提供更丰富、准确的信息，从而提高疾病诊断的准确性。
本论文主要设计和制备了装载超顺磁性Fe3O4纳米颗粒的聚合物微气泡造影剂，系统研究了其US和MRI成像特点，以期利用一种微气泡造影剂，实现US和MRI双重显影增强效果。通过对所得US和MRI图像的联合分析，获取更多相关的结构和功能信息，达到对疾病的早期、准确诊断。
具体说来，本论文开展了如下工作：
1．采用超声空化和乳液法制备了聚合物微气泡造影剂，该微气泡的结构为：气体核心，装载Fe3O4纳米颗粒的聚乳酸中间层和聚乙烯醇水溶液外层。实验中设计了包裹不同浓度Fe3O4纳米颗粒（0，5．73，12．06，33．14，54．23，86．47，105．69，122．85，145．24，180．23 μg/ml）的微气泡，并对其进行了粒径、磁滞回线、显微形貌等结构表征和稳定性考察。
2．搭建体外超声显影装置，采用频率为3．5MHz的临床超声诊断仪，进行微气泡体外超声显影成像实验，分别考察了壳膜中未包裹Fe3O4纳米颗粒的微气泡、包裹不同浓度Fe3O4纳米颗粒的微气泡体外超声显影成像情况，对所得图像进行平均灰度的定量计算和比较，寻找包裹Fe3O4纳米颗粒的微气泡体外超声显影的优化条件；同时对包裹不同浓度Fe3O4纳米颗粒的微气泡进行体外声学参数研究，探讨了微气泡超声成像时，壳膜中Fe3O4纳米颗粒影响超声成像的相关物理声学特性。
3．基于微气泡体外超声显影成像的实验结果，进一步进行了微气泡造影剂在家兔体内的超声成像实验研究。经家兔耳缘静脉分别注入未包裹Fe3O4纳米颗粒和包裹Fe3O4纳米颗粒的微气泡后，观察随着时间的变化，家兔肝脏超声显影图像增强效果。实验结果表明，微气泡以及壳膜中Fe3O4纳米颗粒在家兔肝脏的聚集，都可能影响微气泡造影剂的超声显影图像质量和持续时间。通过定量计算所得图像感兴趣区域（ROI）的平均灰阶，初步探讨了包裹Fe3O4纳米颗粒的微气泡体内超声成像特性。
4．采用1．5T磁共振成像仪，对制备的微气泡进行体外磁共振成像研究，考察了壳膜中未包裹Fe3O4纳米颗粒，以及装载不同浓度Fe3O4纳米颗粒的微气泡体外磁共振T2成像效果。通过测定磁共振成像后，图像的横向弛豫时间（T2），定量计算相应的横向弛豫率（R2），实验发现，包裹Fe3O4纳米颗粒的微气泡具有磁共振T2成像的能力：微气泡对磁共振横向弛豫率（R2）的影响与微气泡浓度、膜壳中Fe3O4纳米颗粒的含量之间都存在一定的函数关系。
5．基于体外磁共振成像实验结果，采用7T磁共振成像仪，对微气泡进行了大鼠肝脏磁共振显影实验。经尾静脉分别注射未包裹Fe3O4纳米颗粒和包裹Fe3O4纳米颗粒的微气泡造影剂，进行磁共振T2成像扫描，结果发现，随着时间的变化，大鼠肝脏组织T2图像的信噪比出现了显著的变化，说明包裹Fe3O4纳米颗粒的微气泡造影剂具有良好的磁共振大鼠肝脏成像效果。
6．最后，研究了中等超声能量辐照下，包裹Fe3O4纳米颗粒的微气泡对SMMC-7721肝癌细胞的作用，以及该过程中细胞发生的生物效应原理。实验表明，在较高声强（声压Psp>0．1MPa）时，微气泡破裂，释放出的Fe3O4纳米颗粒可以被肿瘤细胞摄取，这种被Fe3O4纳米颗粒标记的肿瘤细胞具有磁共振T2成像的能力。同时，微气泡在细胞周围产生强烈空化效应，导致细胞膜出现声穿孔孔洞或渗透性增加，使Fe3O4纳米颗粒能更容易被肝癌细胞摄取。但是，不同声压（0．19，0．25，0．38，0．48MPa）条件下，细胞的摄取效率不同，只有在适当超声条件下（短波激发频率1MHz，每个发射短波中包含20个周期，声压Psp=0．25MPa），才会导致细胞膜发生可修复声穿孔，从而在最大效率摄取Fe3O4纳米颗粒的同时保持细胞活性。通过采用藻红蛋白标记的溶酶体膜相关蛋白（PE-LAMP-1）进行免疫荧光染色实验，结果发现，在适当超声能量辐照下，细胞膜表面形成的孔洞可通过溶酶体膜相关蛋白（LAMP-1）进行自我修复。