声致发光方法对高强度聚焦超声场中组织-液体界面处空化微泡的研究

High-intensity focused ultrasound (HIFU), is rapidly emerging as a promising tool for the truly non-invasive treatment of deep-seated tumor ablation. Even though acoustic cavitation is considered to be one of the most important mechanisms during HIFU treatments, its mechanism is still a mystery. Several methods have been developed to detect cavitation bubble activity including acoustic cavitation detection and high-speed photography, while, a disadvantage to these technique is that the captured cavitation bubbles are not necessarily active. By using optic detection methods, the investigation of sonoluminescence can provide the information of active cavatation bubbles. With the combination of acoustic detection methods，we aim to study the mechanism of cavitation near different tissue-fluid interface so as to solve some major problems happed in HIFU treatments and improve its efficiency. On the other hand, we also aim to investigate the mechanism of multi-bubble sonoluminescence under ultra-high acoustic pressure by using spectrum analysis.

HIFU作为一种非侵入性的治疗手段近年来迅速发展，并被广泛地应用于临床治疗中。空化是其中的重要作用机制，对空化的研究不仅是保证HIFU治疗安全性和高效性的重点和难点问题，而且也是与之相关的新技术和新应用的研究发展的需要。当HIFU作用在组织-液体界面处时，随着作用方式的不同，会引起空化微泡时间-空间分布的改变，对治疗有着显著的影响。因为影响因素复杂，一般使用实验方法来检测。已有的多种检测空化的研究方法的缺点是不能直接反应被超声激发后处于活化状态的空化微泡。声致发光是源自这些空化微泡的最终断裂瞬间，使用该方法可以检测活化状态的空化泡的时间-空间分布结果。.本项目研究HIFU作用于均一组织-液体界面处和不均匀的、复杂的组织-液体界面处时，处于活动状态的空化泡的空间分布信息和空化泡群的形成、生长、合并、膨胀到破裂的各时段动态特征，实现对活动状态空化微泡群的时间-空间分布的动态监控。

作为一种非侵入性的治疗方法，聚焦超声近年来发展迅速。空化是其中最重要的作用机制之一。但是，空化机制与超声治疗效果的关系目前仍然是研究难点问题。本项目搭建并调试完成了聚焦超声空化检测声光同步实验系统；基于人工神经网络方法研究了超声参数与空化作用之间的关系并建立了超声空化引起细菌通透性提高的声学参数筛选模型和算法；研究了聚焦超声杀菌的作用机制、不同静压力和驱动功率下聚焦超声焦域处的空化泡群并且得到了多泡声致发光的光谱结果。本项目通过对空化泡群的特征信息的研究，有望实现对活动状态空化微泡群的监控来提高聚焦超声治疗的安全性和有效性。