基于微泡非线性瞬态响应的超声敏锐检测和成像方法研究

实现对微泡的高灵敏度超声探测是发展多种新型超声检测和成像技术的关键。本项目拟从理论与实验两方面研究超声激发微泡非线性瞬态响应机制和调控信号溢出的方法，特别是由较低频超声（1-3 MHz）激发瞬态响应非线性高频溢出信号(10-40MHz)的规律，并在此基础上发展高灵敏高分辨率的超声成像方法。理论上建立超声激励时微泡和稀疏微泡群的振动及其溢出信号在体组织中传播的耦合模型；研究微泡分别在稳态、瞬态响应和失稳破坏振动状态下的信号溢出特征及其传播衰减规律。实验上使用匀尺寸微泡和低频激励高频接收的超声扫描装置，研究匀尺寸微泡在薄微管/组织体模中的瞬态响应溢出信号与激励频率、声压和激励脉冲波形等参数的关系。探讨调控微泡高频信号溢出的方法，并开发高灵敏高分辨率的超声检测和微泡成像方法。本项目的研究成果将有力促进超声微泡检测、造影成像以及靶向分子成像等技术的发展。

超声造影剂（微泡）的声学特性、高灵敏度检测及成像的研究是发展超声分子影像、超声药物输送技术的核心基础，是当前生物医学超声领域的热门研究方向。本项目着眼于该前沿研究方向，在均均微泡和靶向微泡制备、微泡非线性信号检测、靶向微泡在疾病早期检测、声驱动下微泡动力学行为及多功能探头制备等方面开展了系列研究工作，完成了预期研究目标，取得了以下研究成果：研究了基于微流控芯片的流动聚焦技术并建立制备粒径均匀分布的超声造影剂的新方法，成功制备出均匀尺寸微泡；系统研究了均匀微泡在低频超声激励下的粒径与环境压力、超声波频率、时间的关系，及次谐波信号与激励频率和压强的关系；系统研究靶向微泡低频激励高频成像规律，实现了靶向粘附微泡的选择性和特异性敏锐成像，并初步探讨靶向微泡在疾病早期检测上的应用；系统研究了超声激励下微泡的动力学行为，为精确操控微泡提供技术支持；研制了声、电性能优良的压电复合材料并设计出三排混频新型多功能超声探头，为超声分子影像技术的进一步研究提供优良工具。上述工作和研究成果促进了超声微泡检测、造影成像及靶向分子成像技术的发展。