超聲造影劑微泡模型的數(shù)值仿真研究.pdf

1、超聲成像與核磁共振成像等其他醫(yī)學(xué)成像技術(shù)相比，其圖像質(zhì)量較低。超聲造影劑微泡優(yōu)良的散射特性大大增強了散射信號，提高了圖像的質(zhì)量；其非線性振動過程產(chǎn)生的二次諧波也能用于成像并改善圖像質(zhì)量。此外，造影劑微泡還可作為能到達身體任何部位的可被監(jiān)測的微球型運載工具，故可用于靶向治療的藥物和基因釋放。 超聲造影劑主要的研究方法包括試驗研究和理論研究。其中模型研究主要通過在一定的假設(shè)條件下，建立造影劑微泡的動力學(xué)模型，通過解析或數(shù)值仿真研究數(shù)

2、值方程各聲學(xué)參數(shù)以及注入時間等參數(shù)對造影劑散射特性的影響，對造影劑的聲學(xué)特性進行定量分析。 本論文將三種典型的動力學(xué)模型，即Herring、Allen和Hoff模型，應(yīng)用于三種不同類型材料的造影劑（Optison，SonoVue和Sonavist），并通過與已有的試驗結(jié)果比較，分析各個模型的對不同造影劑在一次諧波和二次諧波以及次諧波方面的預(yù)測能力。并從中選擇了相對較優(yōu)的模型分析了Optison造影劑的最優(yōu)參數(shù)，為造影劑的優(yōu)化設(shè)計

3、提供參考。此外，論文還分析比較了各個模型在次諧波方面的預(yù)測能力以及特點。 本文的研究表明： （1）在一次諧波和二次諧波的數(shù)值仿真結(jié)果與試驗結(jié)果的比較方面，對于Optison造影劑，Hoff模型對一次諧波的仿真結(jié)果最接近于試驗結(jié)果，而Allen模型的仿真結(jié)果和試驗結(jié)果相差最大；Hoff模型在計算一次諧波方面最為穩(wěn)定，受超聲壓力的影響不大；隨著壓力的增大，Allen模型計算的二次諧波越來越接近于試驗測得的結(jié)果，Hoff模型對

4、二次諧波的仿真結(jié)果的變化趨勢和變化幅度與試驗結(jié)果最為接近。對于SnonoVue造影劑，三個模型對一次諧波的仿真結(jié)都不理想，Allen模型的二次諧波的仿真結(jié)果較理想。對Sonavist造影劑，Allen模型的仿真結(jié)果最接近于試驗結(jié)果，Hoff模型的仿真結(jié)果和試驗結(jié)果相差最大。 （2）對次諧波的數(shù)值仿真結(jié)果綜合看出，Herr模型在計算次諧波的時候是最為穩(wěn)定的，Hoff模型計算出的最小聲壓普遍偏大，Allen模型對于次諧波非常敏感，對

5、于Sonavist造影劑在很小的驅(qū)動聲壓下即可觀察到次諧波，并且對于SonoVue造影劑出現(xiàn)二次諧波大于一次諧波的情況。就Herr模型對于三種造影劑的仿真結(jié)果看來，SonoVue產(chǎn)生次諧波所需要的最小聲壓最小，Optison所需的最小聲壓最大，且在一定的頻率之后隨著驅(qū)動頻率的增加所需的最小聲壓也增大。 （3）由Hoff模型對Optison造影劑的仿真分析結(jié)果可以看出，在造影劑半徑大于1.6μm，包膜厚度大于大于12nm，剪切模量