微气泡及相关声微流的超声定量调控研究

超声造影剂微气泡在超声成像、超声靶向药物/基因治疗等领域展现了巨大的应用前景。本项目旨在加强对微气泡群定位及其相关的声微流的定量超声调控。拟设计并实现基于相位控制的包膜微气泡群的超声辐射力操控系统，使微气泡群按指定结构排列，并进一步理论及实验研究提高微气泡群超声操控精度。本项目还将在理论及实验两方面研究微气泡群在超声激励下产生的声微流场的定量超声调控；理论上基于微气泡的非线性振动方程及运动方程，考虑微气泡间的相互作用及微气泡的受限振动，建立微气泡在超声激励下形成的声微流场理论模型，探讨声微流场结构的超声定量调控；并在微气泡超声辐射力操控基础上，建立微尺度粒子成像测速（PIV）系统，定量测量微气泡在超声激励下非线性振动形成的声微流场，并完善理论模型。本项目的研究将进一步促进与微气泡相关的成像及治疗新技术在临床上的应用。

本项目按计划进行了微气泡在超声激励下产生的声微流场的定量超声调控及其生物效应研究，开展的工作包括：(1)建立了考虑非线性粘滞的包膜微气泡的动力学方程，并探讨了自由空间及血管受限的微气泡振动产生的声微流场；(2)研究了微气泡稳态空化及瞬态空化的阈值，实验研究了两种商用造影剂的空化阈值，基于商用B超的图像信号建立了空化效应的时空定位技术；(3)制备了适用于超声及磁共振成像的磁性微气泡，采用原子力显微镜和声光方法对微气泡的膜特性进行定征研究；(4)理论及实验开展了不同声压强度产生的惯性空化及声微流的生物学效应的研究；(5)提出了多种亚波长精细聚焦方法，包括FP共振技术、艾里声束及球形腔驻波场方法；(6)为优化超声聚焦治疗，研究了扫描速度对组织损伤的影响，提出了强聚焦超声的非线性声场的测量新方法。此外，项目建立了微尺度PIV 的声微流实验测量系统，相关声微流场结构的超声定量调控的实验研究正在进行中。.本项目共发表SCI论文33篇，EI论文3篇，申请发明专利5项，授权专利2项，出版专著一本。在项目的支持下，共有6名博士及9名硕士研究生从事该方向的研究，其中9名已毕业，4人获博士学位，5人获硕士学位。在本项目资助下，共邀请来自美国、法国、英国等高校的专家学者来华访问共9人次，并参加国际学术会议5人次。