超声作用下包膜微气泡的动力学研究

在声空化泡动力学研究的基础上，发展超声驱动包膜微气泡（超声造影剂）的成像技术，研究声场中包膜微气泡的动力学特征，及其对驱动超声的参数相关性。具体拟通过频闪照明积分成像和条纹相机拍摄气泡直径的条纹图两种途径，实现对超声驱动包膜微气泡的精确测量。频闪照明积分成像的关键是产生10-20ns的锁相同步激光脉冲和足够灵敏的成像相机，可望得到周期采样率100的系列二维气泡图像；而条纹相机拍摄的关键是对脉动的包膜微气泡实现空间定位，得到ps级时间分辨率的一维气泡演化图像。通过两种测量的互补，可望得到精确的包膜微气泡的动力学演化数据。变化驱动超声的频率和幅度，重复测量，可以得出声场中包膜微气泡的动力学特性的参数相关性。基于丰富的实验数据，建立包膜气泡的动力学模型，通过数值外推，得到气泡破裂的临界条件，为超声靶向给药和基因传递提供理论基础。

在声空化泡动力学研究的基础上，发展了一种超声驱动包膜微气泡（超声造影剂）的成像技术，即，数字锁相积分成像技术。获得了高时间分辨率的包膜微气泡在高频超声波驱动下的一系列显微照片。对于1MHz超声波驱动下的SonoVie造影剂包膜微气泡，一个脉动周期，可以获得38帧高清晰度的照片。相比10MHz高速相机的成像结果，时间分辨率提高了4倍。由于采用积分技术，图像质量也显著提升。高时间分辨率的包膜微气泡半径时间序列，允许我们对半径演化过程进行频谱分析。结果显示，包膜微气泡脉动幅度最大的是驱动超声的1/2次谐波模态。同时，驱动超声的高次谐波和次谐波均有较大的幅度，展示了运动的非线性特征。同时，利用我们的半径演化数据，还可以用来甄别众多的气泡动力学模型的适用性。在理论上，考虑到超声造影剂在靶向给药方面存在潜在应用，我们提出了一个非球形的包膜微气泡动力学模型，传统的球形模型只是模型的一个特例。我们在非球形包膜微气泡模型框架里，数值研究了包膜气泡的脉动特征和破裂条件。结果显示，包膜薄处的脉动幅度远大于包膜厚处，非球对称的包膜结构导致了微气泡不能承受大的驱动声压，即，非球形包膜厚度分布影响了微气泡的抗声压能力。