Abstract ：

本发明公开了一种反映空化泡尺寸时空分布的成像方法和系统，该方法从空间二维射频数据中提取不同阶次的次谐波信号，利用空化泡产生前数据得到三个阈值矩阵，利用空化泡产生后数据得到三个信号强度矩阵，通过三个阈值矩阵和信号强度矩阵进行比对后降噪后，对不同阶次的次谐波信号进行彩色编码，得到空化泡尺寸时空分布的成像图。本发明提出的方法属于主动空化成像范畴，利用次谐波的提取并结合脉冲逆转技术进一步提高了空化泡检测的灵敏度，能进行实时的空间成像，大致反映空化泡尺寸的空间分布以及在时间上的变化情况，且能够大体反映不同尺寸空化泡在空间上的位置分布以及各自在空化泡群中所占的大致比例，适用于各种可以产生空化泡的场合。

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

为了提高高强度聚焦超声(HIFU)治疗过程中空化成像的空化组织比(CTR),本文提出一种基于脉冲逆转的宽带次谐波主动空化成像(PIBSHI)方法。次谐波是空化泡群在声场中进行非线性振动时所产生的独有的信号,而提取宽带次谐波信号进行成像能够有效改善图像的CTR值。本文通过仿真结果表明,不同尺寸空化泡群所产生的次谐波信号不同,其中谐振频率接近1/2次谐波频率的空化泡群所产生的次谐波信号强度最大。进一步的实验结果表明,相较传统的B模式(B-mode)空化成像,宽带次谐波空化成像(BSHI)的CTR值可最多提高5.7 dB,结合脉冲逆转技术后,图像的CTR值进一步提高3.4 dB。此外,在PIBSHI...

Keyword ：

高强度聚焦超声 空化组织比 宽带次谐波主动空化成像 脉冲逆转技术

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

为了提高高强度聚焦超声(HIFU)治疗过程中空化成像的空化组织比(CTR),本文提出一种基于脉冲逆转的宽带次谐波主动空化成像(PIBSHI)方法。次谐波是空化泡群在声场中进行非线性振动时所产生的独有的信号,而提取宽带次谐波信号进行成像能够有效改善图像的CTR值。本文通过仿真结果表明,不同尺寸空化泡群所产生的次谐波信号不同,其中谐振频率接近1/2次谐波频率的空化泡群所产生的次谐波信号强度最大。进一步的实验结果表明,相较传统的B模式(B-mode)空化成像,宽带次谐波空化成像(BSHI)的CTR值可最多提高5.7 dB,结合脉冲逆转技术后,图像的CTR值进一步提高3.4 dB。此外,在PIBSHI成像中,带宽范围设置为1/2次谐波频率的100%~140%时,图像的综合质量最佳。本文结果为发展HIFU治疗过程中的精准空化监控成像提供新的思路,有助于提高HIFU治疗的安全性。

Keyword ：

高强度聚焦超声 空化组织比 宽带次谐波主动空化成像 脉冲逆转技术

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

高强度聚焦超声（High-Intensity Focused Ultrasound，HIFU）是目前国际超声治疗领域的研究热点，其原理是通过体外发射超声波，将超声能量聚焦到人体内部靶向组织，造成组织失活甚至损毁，达到治疗的目的。空化效应是HIFU治疗过程中的重要机制，但其作用具有两面性，故需发展一种具有高成像质量的空化成像技术，实现对HIFU治疗过程的精准监控，并通过研究空化泡群的尺寸分布深入理解空化泡动力学过程，为控制空化进而利用空化创造条件。因此，本文基于空化泡振动所产生的次谐波信号进行空化成像方法的研究，旨在提高图像的空化组织比（Cavitation-to-Tissue Ratio，CTR）和空化泡检测灵敏度，并提出一种能实时估计空化泡尺寸分布的方法。 本文首先研究了一种脉冲逆转次谐波空化成像方法，并将该方法应用到HIFU热消融和脉冲HIFU实验中，通过CTR、灵敏度和分辨率的对比，确定成像方法的最优参数。HIFU热消融实验结果表明，当提取信号频率范围设置为1/2次谐波频率的140%时，脉冲逆转次谐波成像效果最佳，相较传统B模式空化成像，CTR提高了7.8 dB。而脉冲HIFU作用产生次谐波信号较弱，故需要在脉冲逆转技术基础上结合减影成像进一步消除组织信号，结果表明，与B模式成像相比，图像的CTR大幅提高了23 dB。 然后研究了一种复合次谐波空化成像方法，并利用该方法对空化泡尺寸的空间分布进行了一定程度的表征。离体组织实验结果表明，复合次谐波空化成像比单一次谐波成像具有更高的空化检测灵敏度，此外，HIFU功率或者照射占空比越大，空化泡群面积增大速度越快。另外，可以利用复合次谐波空化成像判断空化泡是否发生明显破裂。 最后，研究了一种基于次谐波检测及分析的实时空化泡尺寸分布估计方法。首先利用RPNNP微泡振动模型对单个不同尺寸空化泡在自由声场中产生的回波信号进行仿真，并提取其次谐波能量，模型的驱动信号为实测的成像脉冲信号；之后通过水中自由声场的实验得到空化泡群回波信号中的次谐波总能量，结合空化泡尺寸与其所产生的次谐波频率的对应性，得到每个尺寸下的空化泡数量估计，最终重建出次谐波空化泡尺寸分布。实验结果表明，驱动信号频率越接近探头中心频率，检测出空化泡的数量越多，而且采用较低的驱动信号声压和较少的周期数能够得到较好的空化泡尺寸分布估计。

Keyword ：

HIFU 次谐波 空化成像 空化泡尺寸分布

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

自二十世纪末以来，聚焦超声技术在临床治疗领域获得了巨大的进步，尤其是高强度聚焦超声（high intensity focused ultrasound, HIFU）在肿瘤热消融方面已经被越来越多地应用。HIFU的作用机制主要包括热机制和空化机制，传统意义的HIFU技术为了降低空化微泡对声能量的吸收和遮挡，会尽可能的避免空化效应的影响。而近十年来的研究表明，空化微泡可以显著增强HIFU的治疗效率，更有大量的研究通过人为注射超声微泡造影剂，来增强靶组织对超声波的吸收。然而，静脉注射始终是风险极大的用药途径。考虑到HIFU换能器本身也是高效的空化源，本论文就以HIFU自身的空化为研究起点，从光学和声学的角度检测并评价了HIFU在不同作用模式下空化的强度和形态，以此为基础探索并发现了低功率条件下最适宜产生空化的参数范围（十微秒级的短脉冲配合10kHz的脉冲重复频率）。基于此发现，优化了HIFU的发射参数，利用脉冲式HIFU（pulsed HIFU，pHIFU）自发产生的空化微泡来增强热消融。为了验证该治疗策略的有效性和可行性，本论文的工作从水中的空化研究过渡到仿体/含蛋白质的仿体、离体组织以及活体动物，做了以下4个方面的研究工作： （1）利用声致发光/声致化学发光（sonoluminescence/sonochemiluminescence, SL/SCL）描述了HIFU的空化场。SL/SCL是惯性空化的最直接的指示剂，它能够直观地反映空化过程中活化气泡的空间分布和活跃程度。本论文搭建了一种声辐射力平衡系统，利用声反射构造出一个驻波声场，限制住空化微泡，使其仅在空化产生的位置附近（范围局限在1/4个波长）振动或坍塌，从而被发光图像表征出来。研究发现，驻波场在低功率条件下能够有效地限制气泡的位移；在高于一定声功率时，SCL在焦点附近会出现“过饱和”现象，同时会在焦前和焦后区域出现大量空化泡群；随着声功率进一步增加，焦前的空化泡群会遮挡声能量的传播，使得焦后空化明显减弱；借助该装置可以观察到，在极低的功率条件下，空化微泡会按照驻波的特性等距分布在焦区，通过SCL手段初步验证了适当降低声能量的聚集就能避免焦区空化“过饱和”现象的观点。为了抑制过多不必要的声能量聚集，采用脉冲的发射模式是一种重要手段。 （2）研究了pHIFU在透明的聚丙烯酰胺仿体中的SL，并对pHIFU的脉冲参数进行了系统的探索。本论文首先通过仿真计算和预实验探索了仿体中产生空化的功率和声压条件；接着固定功率值，通过改变pHIFU的脉冲宽度（pulse duration, PD）和脉冲重复频率（pulse repetation frequency, PRF），系统地研究了脉冲参数对仿体内的空化分布和强度的影响。研究发现，较低的声功率（19.5W）条件下， pHIFU相比连续式HIFU（continuous HIFU, cHIFU），能更容易地在焦区产生空化微泡，且空化微泡聚集在焦区；PD从1个周期逐步增加到23个周期，SL的强度表现出先增加后减弱的变化趋势，在PD为6个周期时达到最大，直到PD为23个周期时无法检测到SL；PRF从0.5kHz逐步增加到100kHz，同样存在一个极大值为10kHz，过低或过高的PRF都不利于空化的产生；而作为对照组的cHIFU在同样的声功率条件下无法在仿体内产生空化与发光。 （3）利用上述适宜产生空化的参数范围，研究了pHIFU在牛血清白蛋白（bovine serum albumin, BSA）仿体中的热消融，初步验证了pHIFU自发诱导的空化微泡增强热消融的有效性和可行性。利用高速摄影相机，记录了pHIFU在BSA仿体内形成热损伤的过程，同时用热电偶记录了焦点附近温度随时间的变化曲线。结果表明，pHIFU在仿体内自发形成的空化微泡确实能够增加局部声波的非线性，提高该区域声能量的吸收效率；空化微泡也会在后续脉冲的作用下，在仿体内小范围剧烈地振动，还能与组织相互摩擦，加速热量的产生；但是不同PD的作用结果表明，热量的积累仍然需要一定时间跨度，虽然之前的工作显示空化是在PD为6个周期时最剧烈，但是热消融仍需要PD为10~12个周期时效率才能最高。 （4）根据仿体实验的结果，将pHIFU的PD设置为12个周期、PRF设置为10kHz，进行离体组织和活体动物的实验验证。本论文对离体肝脏和大腿肌肉组织治疗20s后，沿声轴线切开组织观察热损伤剖面，与cHIFU的治疗结果进行比较。结果表明，pHIFU对离体组织的热消融的效率明显高于cHIFU；H&E染色显微观察的结果表明，pHIFU治疗后除了有热损伤，还有极少成分的机械损伤，即在组织热凝固坏死的内部存在不连续的微小空腔，证实了组织内确实产生了空化微泡，并且这些微泡有效地促进了热损伤的形成。本论文还搭建了研究pHIFU热消融的活体动物实验平台，基于该平台进行了活体动物验证，并使用B超成像设备对热损伤结果进行评价，发现热损伤部位灰度值明显升高，呈强回声区域。实验结果证实了该治疗方法在组织和活体上的有效性和可行性。 本论文的工作为十微秒级pHIFU自发诱导的空化微泡增强热消融提供了理论和实验基础。

Keyword ：

高强度聚焦超声 空化 热消融 声致发光 声致化学发光

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

液体和组织中包含的微小气泡在超声作用下能产生膨胀、收缩、振荡、崩溃等空化过程。这是超声波的重要生物学效应，也是超声医疗尤其是高强度聚焦超声（High intensity Focused Ultrasound, HIFU）的主要机制之一。因其不可控性，空化有可能产生不可预知的组织损伤，因此亟需发展对超声空化进行实时监控和定量评价的相关技术，来保证聚焦超声尤其是HIFU治疗的有效性、安全性和可重复性。本文将小波分析方法与空化气泡动力学相结合，建立基于空化微泡子波变换的主动空化成像方法，提高空化微泡检测度。本文进行了如下研究工作： 1）液体中空化成像。基于平面波发射和延时叠加波束合成算法的超快速主动空化成像能够快速捕捉空化微泡的动态分布，但存在信噪比低和微泡检测灵敏度差等缺点。利用RPNNP模型构建平面波空化微泡子波，简称空化微泡子波（CBW），建立基于空化微泡子波变换（CBWT）和脉冲逆转空化微泡子波变换（PI-CBWT）的超快速主动空化成像方法，并利用自由场实验和组织实验对其进行验证。自由场实验中，B模式图像的信噪比为16.1dB，CBWT模式最佳图像的信噪比为19.3dB，空化微泡从亮度和区域上有较为明显的提升。组织实验中，B模式图像的空化组织比为–6.6dB，CBWT模式最佳图像的空化组织比为–2.7dB，空化微泡与组织的对比度提高；脉冲反转B模式图像的空化组织比为–3.5dB，PI-CBWT模式最佳图像的空化组织比值为–1.1dB，进一步提高了空化微泡与周围组织的对比度。此外，自由场实验的信噪比-初始半径曲线具有评估空化微泡群尺寸分布的潜能。该方法能够精确测量空化场分布，可用于研究液体和充满液体的空腔组织中空化微泡群动态分布，为治疗超声基础研究和临床应用提供参考。 2）组织中的空化成像。在HIFU治疗肿瘤组织时，空化直接发生在软组织中，而软组织是一种具有复杂连续性方程的粘弹性介质，因此软组织中气泡动力学方程预测组织粘弹性对微泡振动的影响具有重要意义。将表征气泡运动的Keller-Miksis方程和表征组织粘弹性的Kelvin-Voigt方程相结合，建立Yang-Church模型，构建组织中空化微泡子波，简称组织空化微泡子波（TBW），建立基于组织空化微泡子波变换（TBWT）和脉冲逆转组织空化微泡子波变换（PI-TBWT）的主动空化成像方法，增强超声图像实时监控超声空化时空行为，并在离体猪肾组织对其进行验证。实验结果表明，B模式图像的空化组织比为4.0dB，TBWT模式最佳图像的空化组织比为9.2dB；PI-B模式图像的空化组织比为5.3dB，PI-TBWT模式最佳图像的空化组织比为10.2dB。两者均有效提高了空化微泡与周围组织的对比度。此外，与微泡特异性的次谐波成像相比，TBWT方法也显示出其优越性。TBWT方法可作为HIFU监控的强有力手段，有助于开发一种基于当前临床诊断B模式成像工具，对HIFU治疗过程中的空化泡群行为进行实时监控和定量评价。 3）相变液滴联合HIFU治疗时空化成像与组织定征。微纳米相变液滴能够穿透血管达到靶组织，经超声辐照后汽化发生相变产生微泡。软组织中的相变微泡动力学有助于研究空化成像和组织定征方法。修正的Yang-Church模型通过引入相变微泡饱和蒸汽压来增强其健壮性和可靠性，并用来构建组织中相变空化微泡子波，简称相变空化微泡子波（PCBW），建立一种基于相变空化微泡子波（PCBWT）的高信杂比、高分辨、快速超声成像技术。结果表明，B模式图像的空化组织比为4.6dB，采用组织粘滞系数为0.001Ns/m2，剪切模量为0.007MPa的PCBW在尺度因子为11时的PCBWT模式最佳图像所对应的空化组织比为21.9dB，显著提高检测相变空化微泡的能力。同时，以组织中相变微泡动力学为基础，结合参数反求方法，建立基于空化微泡子波变换的组织定征方法，通过控制相变液滴浓度和相关超声作用参数，在丙烯酰胺仿组织体模中产生分布稀疏、尺寸可控的相变微泡，初步验证可行性，旨在建立新的组织粘弹性测量方法，并探索粘性测量对于弹性估计的影响。

Keyword ：

聚焦超声治疗 空化成像 空化微泡子波变换 粘弹性测量 组织定征

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

根据动脉粥样硬化斑块的血管内皮损伤-反应理论，动脉粥样硬化斑块的发展与动脉血管内皮细胞功能损伤直接相关。目前，介入球囊损伤联合高脂喂养是最为普遍的构建动脉粥样硬化斑块动物模型的方法之一，但球囊损伤方法操作复杂并且所形成的斑块位置及大小均难以预测，不利于用于斑块早期诊断成像方法的研究。现有的研究结果表明，微泡在超声作用下可以对微小血管内皮细胞产生空蚀损伤，因此，本文提出一种聚焦超声结合超声造影剂来局部空蚀损伤动脉血管内皮的方法，并验证了以此代替球囊拉伸内皮损伤的方法来培养斑块动物模型的可行性。 首先，利用杨氏模量与兔腹主动脉相当、内壁光滑的透明血管仿体，在模拟兔腹主动脉血流速度的条件下，利用1.2MHz的聚焦超声和超声造影剂对仿体管壁进行损伤实验。改变脉冲个数、声压、脉冲重复频率、超声辐照时间、焦点位置，造影剂的类型与浓度，透明血管仿体的管道直径以及仿体管道内液体的脉动流速（60-80cm/s）等实验条件，利用数码相机拍摄经超声辐照后的血管管壁损伤形态并对损伤的大小进行测量。实验结果表明：当声压超过0.45MPa时，在管道的前壁和后壁均会产生损伤且前壁的损伤更加明显，前壁上的损伤近似为椭圆形；聚焦超声脉冲个数越多，声压越大，作用时间越长，管径越小及流速越低则前壁形成的损伤区域越大。 其次，探讨了透明血管仿体管壁损伤形成原因、损伤发展过程以及空化剂量与损伤之间的关系。利用高速摄像机对透明仿体管壁的损伤过程进行实时观察与拍摄，同时利用被动空化检测（PCD）技术对超声作用过程中管道内的超声回波信号进行采集与分析。高速摄影结果表明：在超声作用过程中，管腔内每隔一定时间出现一次大的空化泡群，其空间分布近似为一个底部在透明血管仿体管壁上并朝向换能器端延伸的圆锥体；聚焦超声的能量越大则在管道内所形成的空化泡群锥体越大且空化泡更多的集中在管道前壁，故而在仿体管道前壁上形成不同大小、近似为椭圆形的损伤而后壁的损伤不明显。对比不同条件下的空化剂量与损伤大小，可以发现：空化剂量越大，前壁损伤越大；在损伤的形成过程中惯性空化剂量占据主要地位，说明超声空化的机械效应是造成管壁损伤的主要机理。 最后，在透明血管仿体实验研究结果的基础上进行了兔腹主动脉损伤实验。首先，利用现有的球囊损伤方法进行活体兔腹主动脉损伤，结果显示：经球囊拉伸后会导致血管内皮细胞脱落，但是内皮细胞脱落的位置及脱落范围的大小均不定。其次，利用聚焦超声结合造影剂在不同实验条件下空蚀损伤离体兔腹主动脉血管，对血管切片观察结果表明：聚焦超声微泡空蚀可以实现对血管损伤位置及大小的控制；聚焦超声空蚀作用形成的血管内皮细胞损伤情况与球囊拉伸所形成的损伤形态相似。

Keyword ：

超声空蚀损伤 超声造影剂 高速摄影观察 声学信号检测

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

高强度聚焦超声（High Intensity Focused Ultrasound, HIFU）治疗是一种非侵入性无创疗法，在HIFU治疗的主要两种方式热消融和空蚀中，空化都起着较为重要的作用。在组织热消融中空化一方面会增强热效率另一方面也会导致损伤变形；而组织空蚀采用高强度短脉冲促进空化避免热损伤，既需要空化的协同效应又要避免声遮挡及热累积。因此对空化成像方法及HIFU作用过程中空化泡群时空特性的研究是提高HIFU治疗效率及完善HIFU治疗监控的前提和关键。本课题在基于平面波发射和接收自适应波束合成的超快速主动空化成像方法研究的前提下，对HIFU作用下自由场及组织中空化泡群的时空特性进行了分析；在此基础之上，对Nakagami分布m参量成像用于空化泡定征的可行性进行了初步讨论。 本文在对单空化泡在成像声压驱动下振动模型仿真的基础上，发展了基于平面波发射、最小方差自适应波束合成及相干系数加权的空化基波及谐波（包括次谐波、二次谐波及超谐波）成像方法。同时考虑到空化成像的解相关性，比较分析了NNC (Normalized Cross-Correlation)，PCC (Polarity-Sign-Correlation)，SAD (Sum-Absolute-Differences)和SSD (Sum-Squared-Differebces)四种解相关算法用于空化成像的有效性。其中平面波基波及谐波方法能够较好地应用到自由场空化泡成像中，而解相关方法中SSD法在自由场和组织空化成像中都有着较优的成像效果。在此基础上，将上述方法用于HIFU作用过程中自由场及组织中空化泡群的时空特性研究，并实现了对HIFU组织毁损的治疗监控。此外，本文对Nakagami分布m参量成像用于空化泡定征的可行性进行了仿真和实验，仿真比较了不同空化泡参数（包括初始半径及密度）及不同成像声参数（包括脉冲长度，中心频率及成像声压）对m参量影响，并对不同空化泡密度下m参量的变化趋势进行分析，结合实验得出m参量空化泡成像能够在一定程度上定性地反映出空化泡群密度的初步结论。

Keyword ：

Nakagami空化成像 空化泡时空特性 空化振动模型 平面波成像

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

空化微泡瞬态分布对肿瘤热消融、体外碎石、超声溶栓以及药物控制释放等超声治疗至关重要，因此有必要发展一种类似于声场测量的空化成像标准方法，实现空化场的精确测量。此外，大血管附近肿瘤组织聚焦超声热消融时，流动会带走热量，导致治疗效率下降。同时，以力学机制为基础的超声溶栓也需要研究管道内空化微泡动态分布，针对以上几个问题，本学位论文进行了如下研究工作： 1）提出了一种具有微秒时间分辨的聚焦超声空化成像方法。该方法是在普通超声逐线扫描基础上进行改造，采用硬件控制聚焦超声与空化成像的时序，设置空化成像触发模式为线触发，每次仅发射和接收一根扫描线，随后通过足够长的等待时间（如自来水设置为2s）使液体中空化核分布恢复到初始状态，再进行同样的聚焦超声作用，沿线阵方向移动一个阵元，发射和接收下一根扫描线，重复上述过程，可得到一帧空化分布图像。通过重复性实验证实了该方法的有效性，并将该方法应用于自来水和不透明仿组织腔室中聚焦超声空化泡群的起始、演化、消散以及上一次脉冲空化泡群消散不完全对下一次脉冲空化泡群分布影响的研究。该方法的时间分辨率可低到几个微秒，该指标远优于目前的超快速空化成像方法。由于每次仅发收一根扫描线，探测声脉冲对空化微泡的辐射力作用几乎可以忽略，且所得空化图像的扫描线之间不存在时间差。这种聚焦超声空化微泡微秒分辨成像方法有潜力发展成为一种类似于声场测量的空化成像标准方法，为治疗超声基础研究和临床应用提供参考。 2）在聚焦超声热消融应用背景下，首先将聚焦超声作用于仿组织体模，通过光学拍摄、被动空化检测、超声成像以及多点温度测量，研究了不同聚焦超声作用参数下空化汽化微泡活动及其对温度和损伤的影响，结果证实空化汽化微泡活动增强了所在区域的热机制，产生附加的瞬态温升。空化汽化微泡尤其是尺寸较大的汽化微泡产生声遮挡作用，损伤向焦前移动并发生变形。其次，利用空化增热机制，在仿血管透明体模内引入流动包膜微泡，分析了包膜微泡溶液浓度、流速、聚焦超声功率、焦点位置和管径对空化、温度和损伤的影响。结果表明，治疗区域温升和惯性空化剂量随包膜微泡溶液流速和浓度的提高而增大，但当流速大于某一流速即拐点流速时，温升随流速的增大而降低，导致损伤减小。拐点流速和惯性空化剂量与声功率、微泡溶液浓度成正比。由于流动带走热量，下游温度高于上游温度，当微泡溶液浓度增大时由于声遮挡管道前端温度高于后端温度，管道前端温度和拐点流速增大，损伤增大并前移。聚焦超声焦点位置改变会引起温度分布和拐点流速变化，而管径增大会降低管道后端温度和拐点流速。引入包膜微泡后，在之前因流体带走热量而无法形成损伤的管壁附近出现了损伤，且当微泡溶液浓度和流速引起的温升过大时，损伤靠近管壁一侧会向下游偏移。这些结果证实了在管道内引入包膜微泡，利用空化增热机制弥补因流动带走的热量损失，提高富含血管的肿瘤组织热消融效率是可行的。 3）在以力学机制为基础的聚焦超声溶栓应用背景下，使用仿血管透明体模和离体血栓模型模仿中大血管（4mm）栓塞，结合高速摄影、超声成像以及脉冲多普勒方法，研究了不同流速、不同超声声学参数、有无血栓时管道内聚焦超声空化微泡群动态分布。结果表明，空化泡群首先出现在管道内焦点处，随着脉冲作用次数增加呈周期性增大至充满整个管道，期间可观察到冲击波；在聚焦超声作用停止即刻，空化泡群以初始速度υ0沿着管轴向上下游两端运动，υ0随着声辐射力增大而增大，而υ0、流体以及管壁作用力的综合作用决定了空化微泡群在管道内分布及运动，空化泡群作为整体沿着管轴方向的运动速度大约为0到9.5cm/s；脉冲多普勒谱显示聚焦超声作用停止即刻，运动速度较大且同时具有正反向流速，随后速度逐渐降低至基本趋近于流体速度；初始速度υ0以及脉冲多普勒谱相同取样容积内空化微泡数目和速度由小到大的脉冲长度/脉冲时间间隔（PD/ID）分别为1:10、1:30和1:20 ，脉冲长度（PD）分别为10μs、20μs和30μs，脉冲次数（n）分别为5、10和20，与被动空化检测结果一致，证明增强空化泡群的聚焦超声参数为：为30μs，PD/ID为1:20，n为20。以上管道内空化微泡动态分布的研究，可为利用空化增效力学机制提高超声溶栓效率提供参考。

Keyword ：

聚焦超声治疗 空化成像 空化力学增效 空化微泡 空化增热

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

聚焦超声(FU)，尤其是高强度聚焦超声(HIFU)，作为一种无侵入性的治疗手段近年来飞速发展。空化作用是HIFU两种主要作用机制的其中之一，甚至在某些应用领域是最重要的机制。因为空化的易变性和不可预测性，在早期的应用研究中，研究者尽力避免其发生；然而近年的研究表明空化现象可以被用来增强HIFU治疗作用。通过对空化作用的定性和定量的描述，在治疗中遇到的一些问题有望被解决。现在已经有多种检测空化的研究方法，但是不能直接反应被超声激发后处于活化（active）状态的空化微泡。本文首先搭建了聚焦超声空化检测声学/光学同步实验系统。该实验系统分为三个部分，即由声学发射子系统、声学接收子系统和光学接收子系统构成：声学发射子系统包括双通道任意波形发生器、功率放大器和单探头聚焦超声换能器等。声学接收子系统主要是指接收声学信号的各种换能器及与其相关的控制软、硬件等。光学接收子系统主要是指接收光学信号的相机及与其相关的控制软、硬件等。本文基于此系统使用声致发光和声致化学发光方法通过检测被超声激发后的空化微泡研究了聚焦超声的空化作用机制，主要工作如下： 研究了聚焦超声自由场中空化引起的声致发光和声致化学发光现象。包括其空间分布特征、不同介质对发光的影响、空化泡群起始过程中的发光特点及在液体/组织表面处的空间分布。结果表明，除在稳定的空化场中声致发光和声致化学发光的空间分布有相似性外，其发光区域会随输入功率的升高而向焦后区移动。在空化泡群起始阶段，发光主要集中在焦前区域，随着超声作用时间的增加向焦后移动并逐渐稳定。在焦域附近出现了“过饱和”现象。在液体/组织表面处，低功率下观察到驻波现象；超过一定阈值（72W），驻波消失，发光区域变为一明亮的光斑。研究了高强度聚焦超声组织空蚀过程中的声致化学发光现象，并使用被动空化检测方法得到声学结果。声致化学发光方法用来衡量空化的剂量并且反应其空间分布情况。使用被动空化检测方法得到的瞬态空化剂量和稳态空化剂量来定量研究瞬态空化和稳态空化在组织空蚀过程中的作用。光学检测结果表明，虽然在脉冲长度（pulse length，PL）是20&micros时声致化学发光的强度最大，却在脉冲长度（duty cycle，DC）较短（10&micros）占空比较高（1:10）时的组织空蚀效果好。随着PL的增大和DC的减小，组织空蚀效果降低。声学检测结果表明在组织空蚀过程中，除了瞬态空化剂量有明显变化外，稳态空化剂量也有显著变化。这说明在高强度聚焦超声组织空蚀研究中除了考虑瞬态空化的作用，还要考虑稳态空化在空蚀过程中所起的作用。研究了高强度聚焦超声溶栓过程中的声致化学发光现象。结果表明，在一定的超声强度和作用时间下，选择合适的声学参数可以保证溶栓效率。使用析因方法得到声致化学发光的强度和溶栓效率受PL和DC两个因素的相互影响。在高强度聚焦超声溶栓过程中PL和DC这两因素不是各自独立的，当一个因素（PL或者DC）的水平有改变时，另一个因素（DC或者PL）也相应有所改变。

Keyword ：

聚焦超声空化声致发光声致化学发光驻波

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。