声/磁激励多功能微泡造影剂的动力学响应及其应用研究

With the rapid developments of nano-biotechnology, multi-modal high precision imaging technology and targeted gene/drug delivery technology, acoustic/magnetic guided tumor early diagnosis and clinical treatment technology has become a promising non-invasive method, which shows broad application prospects. Based on the theories of magnetoacoustic vibration and propagation, the mechanism of magnetic nanoparticle vibration will be investigated in this project to establish a magnetoacoustic nano-sensor technology. Also, the physical mechanism of the vibration of multi-functional microbubble contrast agent under the excitation of pulsed magnetic/ultrasonic field will be studied systematically. With the improved dynamics model of the microbubbles in fluid, the characteristics will be analyzed to optimize the parameter design of acoustic/magnetic control to enhance the efficiency of the application of multi-functional microbubble contrast agent. In addition, the acoustic properties of the multi-functional microbubble contrast agent will be measured and the influence of the acoustic/magnetic field on resonance frequency, harmonic/sub-harmonic response, acoustic scattering, acoustic attenuation and inertial cavitation threshold will be determined. This project will provide the theoretical basis and technical support for the research of acoustic/magnetic multi-functional microbubble contrast agent in the practical applications in early accurate diagnosis and treatment of cancer.

随着纳米生物技术、多模态高精度成像技术和靶向基因/药物转染技术的快速发展，声/磁引导下的肿瘤早期诊断和临床治疗技术已经成为一种最有前途的非侵入性治疗方法，有着广阔的应用前景。本项目拟基于磁声振动和传播理论，研究磁性纳米粒子振动的物理机制，建立磁声纳米传感新技术；研究脉冲磁场/声场作用下多功能微泡造影剂振动的物理机制，建立流体中微泡造影剂的动力学模型，进行系统特性分析和优化设计；开展多功能包膜微泡造影剂振动和超声散射的测量，研究脉冲磁场对多功能微泡造影剂共振频率、谐波/次谐波响应、声散射、声衰减和惯性空化阈值等特性参数的影响，优化声/磁控制和特性定征，促进多功能微泡造影剂的安全高效应用。本项目的研究为声/磁多功能微泡造影剂在肿瘤的早期精确诊疗中的应用提供理论基础和技术支持。

随着纳米生物技术、多模态成像技术和靶向基因/药物转染技术的快速发展，磁性纳米粒子在磁场中独特的磁响应特征，声/磁激励下的肿瘤早期诊断和治疗技术已成为一种最有前途的非侵入性治疗方法，有着广阔的应用前景。本项目首先基于磁性纳米粒子磁矩力学理论和点声源传播理论，建立磁声检测的理论模型，分析了交变磁场作用下磁性纳米粒子磁声谐波响应的物理机制，开展了二次谐波的检测研究，并将磁性纳米粒子和造影剂结合，研究交变磁场作用下的谐波特性，实现基于磁性纳米粒子的磁声二次谐波层析成像。研究结果表明磁性纳米粒子的谐波特性与溶液浓度呈线性关系，和交变磁场的角频率、梯度成正比关系，为进一步促进其在生物医学中的应用提供了理论支撑。. 然后基于磁性纳米粒子的磁热效应，基于组织电阻抗和温度关系，研究了高强度聚焦超声治疗过程中的温度分布及其对电阻抗分布的影响，环形分布电极的电阻抗成像（EIT），磁声电信号检测（MAT-MI）等方法，提出了基于电阻抗重构的温度监测和疗效评估技术。结果表明采用EIT和MAT-MI成像技术重建的电导率分布能准确反映HIFU焦域的位置，电导率的变化体现焦域内的温度变化，为基于造影剂的治疗和成像提供了新方法。. 其次将低强度脉冲超声（LIPUS）的机械作用与组织工程支架材料的结构特性相结合，通过HeLa细胞在凝胶组织中的生长状态验证了超声辐照提高组织工程支架材料孔隙率和通透性对细胞生长的促进作用，为LIPUS在组织工程领域的应用提供有力支撑。. 聚焦超声在肿瘤热疗方面有着独特的优势，但对于聚焦超声功率及施加剂量是保证HIFU热疗安全性的重要指标，因此通过建立聚焦声场的质点振速计算模型，利用激光测振技术进行焦域的振速测量，提出了一种非接触的基于焦点轴向振速的聚焦超声功率的测量新方法。研究结果表明，在换能器结构参数一定时，换能器超声功率和焦点轴向振速的平方成正比，通过焦点轴向振速就可以计算换能器的辐射声功率，为超声治疗的功率估计和精确剂量控制提供了新思路。