血管超声分子成像技术及复合换能器的研究

Based on the commercialized or the existing research results of micro/nano ultrasonic contrast agents（UCA）, theoretically study on dynamic characteristics of single UCA microbubble and experimentally research on the nonlinear scattering characteristics of bubbly UCA are developed, and then the central frequency and the modulation frequency of complex transducer are obtained。 PZT/PVDF complex transducer and ultrasound imaging software are developed. Amplitude modulation signal and micro/nano-scale ultrasound contrast agent are used to build nonlinear ultrasound molecular imaging system in vascular,then the experimentally study on ultrasound molecular imaging in the vascular of phantom and living animal are carried out separately. All these research laid a technical foundation for developing nonlinear ultrasound molecular imaging in the vascular which is based on amplitude modulation with more effective.

利用商品化的或已有的微米/纳米级超声造影剂的研究成果，开展单个造影剂微泡的动力学特性的理论研究，和多个造影剂微泡的非线性散射特性的实验研究，以确定复合换能器中心频率和调制频率。 研制PZT/PVDF复合结构的高频超声换能器，利用调幅超声信号和微米/纳米级造影剂，建立非线性血管超声分子成像系统，开发超声成像软件，对仿体和活体动物的血管进行超声分子成像的实验研究。 为开发更加有效的调幅非线性血管超声分子成像奠定必要的技术基础。

血管的功能、形态和代谢的完整是维持人体器官正常功能所不可缺少的条件 ，各种不同的疾病（癌症、高血压和糖尿病等），都会引起血管的病变，如血管管径、弹性以及血管内血流速度等参数的变化。因此，血管成像对于各类疾病尤其是恶性疾病的诊断和治疗有着重要的作用。.超声分子医学成像是一种高分辨率的成像技术，但是由于生物组织的声衰减，限制了高频成像声波透入的深度。近年来，随着超声造影剂的发展和应用，为高频的超声分子成像提供了更有效的技术途径。.超声分子成像的关键在于提高检测信号的信噪比，因此本课题就如何提高超声分子成像的信噪比进行了研究，主要包括：1)选取散射截面大、非线性系数高，具有靶向的微米/纳米造影剂；2)探索提高血管壁吸附造影剂能力的技术途径，使造影剂尽可能多的吸附在血管壁面；3)高灵敏度、宽带宽的高频超声换能器的研制。具体如下：.(1) 利用描述气泡运动的R-P方程，开展单个造影剂微泡的动力学特性研究和多个造影剂微泡的非线性散射特性的实验研究，筛选散射截面大，非线性系数高的靶向超声造影剂。结果表明：激励声压的频率在微泡的固有谐振频率附近时，可以产生强的二次谐波散射声压。同时，提高入射声强可以增大二次谐波散射截面, 但不能改变基波散射截面。.(2) 提出一种PZT/PVDF复合结构的超声换能器。采用有限元对所设计换能器进行了数值仿真分析，并根据理论计算结果，实际制作该换能器，实验表明：与单一材料的PVDF或单一材料的PZT换能器相比，PZT/PVDF复合结构的换能器具有更高的接收灵敏度。.(3)利用造影剂微泡在超声激励下可产生非线性振动，激发高次谐波的特性，提出采用调幅信号激励的超声分子成像技术。利用差频低频超声产生的辐射力使血管壁吸附更多的微泡，提高组织的成像信号强度，而和频高频分量则用于实现高分辨率的超声成像，兼顾血管壁吸附造影剂能力和成像分辨率。.(4)采用模块化仪器，建立调幅信号发射的血管超声分子成像系统，开发超声成像软件。并利用该系统分别进行了血管仿体成像，该系统可为进一步深入开展血管超声分子成像提供实验平台。