【摘 要】
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脉冲超声激励下微泡的声空化活动能够引发多种生物效应,在临床疾病治疗中有巨大应用潜力。由于微泡通过静脉注射后在血流中循环,其声空化特性复杂多变,而缺乏对流动微泡声空化特性的深入理解和控制会影响治疗效率和生物安全性。本研究首先自行制备仿体血管以模拟微泡群在血管中恒速流动的生理环境,并设计仿体中流动微泡群声空化处理及测量系统,采用1MHz的聚焦发射换能器发射不同参数的脉冲超声激励微泡群发生声空化活动,另
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脉冲超声激励下微泡的声空化活动能够引发多种生物效应,在临床疾病治疗中有巨大应用潜力。由于微泡通过静脉注射后在血流中循环,其声空化特性复杂多变,而缺乏对流动微泡声空化特性的深入理解和控制会影响治疗效率和生物安全性。本研究首先自行制备仿体血管以模拟微泡群在血管中恒速流动的生理环境,并设计仿体中流动微泡群声空化处理及测量系统,采用1MHz的聚焦发射换能器发射不同参数的脉冲超声激励微泡群发生声空化活动,另一7.5 MHz平面换能器接收微泡群散射的声空化信号,经高速信号采集及深入的时频域分析,我们发现不同声学参数（峰值负声压、脉冲长度、脉冲重复频率）和非声学参数（液流速度）对流动微泡群声空化特性的影响:1)在脉冲重复频率（PRF）小于临界脉冲重复频率（CPRF）时,峰值负声压（PNP）和脉冲长度（PL）共同决定微泡群稳态空化（SC）和瞬态空化（IC）的阈值声压。2)当PRF小于CPRF时,PL对流动微泡群稳态空化剂量（SCD）无影响;但PRF大于CPRF时,短PL对SCD无影响,长PL作用下SCD与PRF呈负相关且时域分布不均匀。3)当PRF小于CPRF时,流动微泡群瞬态空化剂量（ICD）与PRF无关;但随着PRF增加,流动微泡群逐渐ICD下降并且时空分布不均匀。在上述实验结果的基础上,针对声空化时空分布不均匀问题,本研究设计流动微泡群声空化实时调控系统,使用蠕动泵向发射换能器焦区中循环注入微泡群,将微泡群的声空化信号高速采集并实时传输至上位机后实时处理,并结合提出的比例反馈控制算法实时调控激励脉冲超声参数,以获取时间域分布均匀的空化强度,最后采用上升时间、稳定率和集中度评价控制算法性能。实验结果表明提出的控制算法能够保证IC到达期望强度并保持稳定。这些研究结果夯实了脉冲超声激励下微泡声空化的基础理论,能为未来声空化介导的疾病治疗提供指导。
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