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含包膜微气泡超声造影剂的线性声学特性研究的开题报告
标题：含包膜微气泡超声造影剂的线性声学特性研究
研究背景：
超声造影剂是一种通过增加体内器官和组织的声学反射率来提高组织成像质量的药物。
其中，含包膜微气泡超声造影剂由于具有良好的成像效果和生物相容性，在临
床应用中得到了广泛的应用。
然而，对于不同类型的超声造影剂，其声学特性存在差异，因此需要对其声学特性进行研究，以便更好的应用于临床。
研究内容：
本研究旨在对含包膜微气泡超声造影剂的线性声学特性进行研究。
通过对声学特性的分析和评价，探究不同成分和浓度的微气泡对其声学特性的影响。
同时，还将研
究不同声频和声压下的声学特性，以及其在不同组织中的成像效果。
研究方法：
1.合成含包膜微气泡超声造影剂并分析其组成；
2.使用超声仪器测量其线性声学特性，得到其声速、密度、衰减系数等声学参数；
3.对不同成分、浓度的超声造影剂进行声学特性分析和评价；
4.利用动物模型进行体内验证，比较不同超声造影剂的成像效果；
5.对实验结果进行统计学分析和归纳总结。
研究意义：
本研究将为含包膜微气泡超声造影剂的临床应用提供更全面和系统的声学特性研究，为优化其成像效果提供有力的理论和实验依据。
同时，也可以为其他超声造影剂
的研究提供借鉴和启示。
超声造影剂在肿瘤定位和治疗监测中的前沿研究摘要：本文回顾了超声造影剂在肿瘤定位和治疗监测方面的前沿研究。
首先介绍了超声造影剂的基本原理和分类，然后探讨了超声造影剂在肿瘤定位中的应用，包括肿瘤灶的检测、定位和分期。
接着讨论了超声造影剂在肿瘤治疗监测中的作用，包括监测肿瘤血供、评估治疗响应和指导手术等方面的应用。
关键词：超声造影剂，肿瘤定位，治疗监测，肿瘤血供，治疗响应1超声造影剂的基本原理和分类1.1超声造影剂的原理超声造影剂是一种特殊的显影剂，利用超声波与其内部微泡或囊泡的相互作用来提供显像。
其原理基于声学散射和回声信号的产生。
当超声波通过超声造影剂时，微小气泡或囊泡内的气体反射超声波，产生明显的回声信号。
这种回声信号可以被接收器接收并转化为图像，从而增强目标区域的可视化程度。
超声造影剂的回声信号强度与多个因素有关，包括气体微泡的直径、壁膜性质、壁膜厚度以及超声波频率等。
通过调节这些参数，可以优化超声造影剂的回声信号，使其在肿瘤定位和治疗监测中具有更好的效果。
1.2超声造影剂的分类根据其组分和性质，超声造影剂可以分为气体型和囊泡型。
气体型超声造影剂主要由气体微泡组成，例如二氧化碳和氟利昂。
气体型超声造影剂具有高稳定性和良好的回声信号，适用于肿瘤定位和血流动力学研究。
囊泡型超声造影剂由液体囊泡包裹气体微泡构成，例如硫醚。
囊泡型超声造影剂具有较大的体积和更长的持续时间，可提供更长时间的显影效果，适用于肿瘤分期和治疗监测等应用。
根据超声造影剂的制备方法，还可以将其分类为脂质体、微泡悬浮液和固体微球等类型。
不同类型的超声造影剂具有不同的特性和应用场景，可根据具体需要选择合适的类型。
通过深入了解超声造影剂的基本原理和分类，可以为后续对其在肿瘤定位和治疗监测中的应用进行全面的分析和讨论。
2超声造影剂在肿瘤定位中的应用2.1肿瘤灶的检测超声造影剂在肿瘤定位中的首要应用是帮助检测肿瘤灶的存在。
通过超声波与超声造影剂内微泡的相互作用，肿瘤灶的回声信号得到显著增强，从而提高了其可视化程度。
准高斯声束对超声造影剂的声辐射力研究何君君;李玉芬;殷杰【摘要】超声造影剂的定向输运在超声医学成像领域有着极为重要的意义,而声辐射力作用是实现该过程的关键,相比于高斯声束,准高斯声束是无源亥姆霍兹方程的精确解,可以使用标准波分解法简化计算.因此,本文研究了准高斯声束对超声造影剂的声辐射力作用.文章首先分析了准高斯声束与高斯声束之间的相关性;随后通过数值计算求得了准高斯声束对超声造影剂模型的声辐射力函数与无量纲频率之间的关系;最后,本文研究了不同造影剂气泡情况下的声辐射力.研究结果表明:声辐射力函数随无量纲频率变化将在不同位置出现共振峰,不同的波束宽度值将改变辐射力强度,但不改变共振峰的位置.相关结果可为利用声辐射力定向输运超声造影剂至靶向位置提供理论参考.【期刊名称】《应用声学》【年(卷),期】2016(035)005【总页数】7页(P431-437)【关键词】准高斯声束;声辐射力;超声造影剂;定向输运【作者】何君君;李玉芬;殷杰【作者单位】南京科技职业学院自动控制系南京 210048;南京科技职业学院自动控制系南京 210048;南京大学近代声学教育部重点实验室南京210093【正文语种】中文【中图分类】TB55超声分子成像基于常见的诊断超声系统，利用具有靶向功能的超声造影剂作为分子探针，可实现对生物体内细胞、分子等信息的定性和定量获取[1]，在炎症[2]、动脉粥样硬化[3]、肿瘤[4]、心血管疾病[5]诊断方面，超声分子成像已经取得了重要进展。
目前，最常用的超声造影剂为直径在1～7µm范围内的微气泡[6]，然而，如何将其准确地运输到特定的靶向分子却是超声分子成像实际应用中的一个难点[7]。
相关研究表明，利用低强度的声辐射力，可以将造影剂定向移动到目标区域，并实现超声成像效果的增强[7]。
声辐射力是声波作用在物体上的时间平均的压力[8]，由于声辐射力的极性可正可负，所以可以对物体实现推动或者牵引，进而实现控制物体的准确移动。
胃窗声学造影剂技术要求一、引言胃窗声学造影剂是一种用于胃部超声检查的特殊药物，通过增强胃壁与周围组织之间的声学对比，提高超声图像的清晰度和分辨率，以辅助医生进行胃部疾病的诊断。
本文将就胃窗声学造影剂的技术要求进行详细阐述。
二、成分与性质胃窗声学造影剂的主要成分应具有良好的声学特性，能够在超声波作用下产生强烈的背向散射信号，从而增强胃壁与周围组织的对比度。
同时，成分应稳定，不易受胃酸等消化液的影响，以保证在胃部的停留时间足够长。
此外，造影剂应具有良好的生物相容性，无毒副作用，不会对胃黏膜产生刺激或损伤。
三、粒径与分布胃窗声学造影剂的粒径大小及分布对其声学性能具有重要影响。
一般来说，粒径较小的造影剂能够更好地渗透到胃壁组织间隙中，提高图像的分辨率。
同时，粒径分布应均匀，避免出现大量团聚或沉淀现象，以确保在胃部各个部位都能获得清晰的超声图像。
四、稳定性与保存胃窗声学造影剂的稳定性是保证其性能的关键因素之一。
在制造过程中，应采取适当的措施，如添加稳定剂等，以提高造影剂的稳定性。
此外，在保存和使用过程中，应注意避免高温、潮湿等不利环境因素，确保造影剂在有效期内保持良好的性能。
五、使用方法与注意事项在使用胃窗声学造影剂时，应按照医生的建议和说明书的要求进行操作。
一般来说，造影剂应在检查前一定时间服用，并配以一定量的水，以确保其在胃部充分分布。
在检查过程中，患者应保持放松状态，配合医生进行操作。
此外，对于某些特殊人群，如孕妇、哺乳期妇女、过敏体质者等，应在使用前咨询医生意见，确保安全使用。
六、质量控制与监管为确保胃窗声学造影剂的安全与有效性，严格的质量控制与监管措施必不可少。
生产厂家应具备相应的生产资质和质量管理体系认证，确保从原料采购、生产环节到产品出厂的每一个环节都严格把控。
同时，监管部门应定期对市场上的胃窗声学造影剂进行抽检，确保其符合相关技术标准和法规要求。
七、结论与展望胃窗声学造影剂在胃部超声检查中具有重要作用，其技术要求涉及成分与性质、粒径与分布、稳定性与保存、使用方法与注意事项以及质量控制与监管等多个方面。
卫生专业技术资格考试超声波医学技术(中级378)专业知识模拟试题及答案解析一、A1型单项选择题（本大题有30小题，每小题1分，共30分）1、关于多普勒超声技术的描述，不正确的是：A. 发射与接收的超声频率相同B. 发射与接收的超声频率存在差频C. 可用于血流检测D. 可用于组织运动检测答案：A解析：多普勒超声技术是一种利用多普勒效应来检测运动目标（如血流、组织运动等）的超声技术。
其核心在于发射与接收的超声频率之间存在差频，这个差频（多普勒频移）与运动目标的速度、方向、发射频率及声束与运动方向的夹角等参数有关。
因此，选项A“发射与接收的超声频率相同”是不正确的。
选项B“发射与接收的超声频率存在差频”正是多普勒超声技术的关键特征。
选项C“可用于血流检测”和选项D“可用于组织运动检测”都是多普勒超声技术在医学上的重要应用。
2、关于超声声束的旁瓣伪像，下列描述错误的是：A. 由主声束外的旁瓣反射形成B. 伪像常位于主像两侧C. 表现为等距离且强度递减的回声D. 常见于较大声束的探头答案：C解析：超声声束的旁瓣伪像是由于声束主瓣外的旁瓣在扫描过程中也形成了反射，这些旁瓣反射与主瓣反射的超声信号一同被接收并显示在图像上，从而产生了伪像。
这种伪像通常位于主像（即主瓣反射形成的图像）的两侧，故选项A“由主声束外的旁瓣反射形成”和选项B“伪像常位于主像两侧”都是正确的描述。
由于旁瓣的能量较弱，因此旁瓣伪像通常表现为强度递减的回声，但这并不意味着它们是“等距离”的，所以选项C“表现为等距离且强度递减的回声”是错误的。
选项D“常见于较大声束的探头”是正确的，因为较大声束的探头其旁瓣也相对较大，更容易产生旁瓣伪像。
3、下列哪项不是超声诊断的优势？A. 无创性检查B. 实时动态观察C. 对软组织有较好的分辨力D. 可以提供病变组织的病理学信息E. 操作简便，可重复性强答案：D解析：超声诊断具有无创性、实时动态观察、对软组织有较好分辨力以及操作简便可重复性强等优点，但无法直接提供病变组织的病理学信息，通常需要结合组织活检等其他方法来获取。
科技视界SCIENCE & TECHNOLOGY VISION0 引言超声造影剂（ultrasound contrast agent ，UCA ）是一类能显著增强超声背向散射强度从而得到很强的超声回波的化学制剂[1]，一般为纳米级的微气泡，内部可以携带靶向药物或抗体等，能够有效增强显影效果，更清晰地显示血管相关结构，常被应用于疾病的影像诊断和治疗。
20世纪60年代末，Gramiak 和Shah 将吲哚与生理盐水混合溶液经过震荡后，注入体内并应用于超声心动图，从此开启了超声造影剂发展的序幕[2]。
经过数十年的发展，已经完成了自含空气造影剂到含氟碳气体造影剂，自脂类和聚合物为基质的超声造影剂到偶联特异性抗体和其他配体的纳米级靶向造影剂的数次飞跃。
超声造影剂的安全性显著提升，临床使用范围更为广泛。
1 微泡造影剂的分类及其特点现阶段，常用超声造影剂多为直径为微米级和纳米级的包膜微泡，包膜内部充满氟碳气体。
通常根据外部包绕的囊膜材料不同分为脂质体微泡造影剂、蛋白质微泡造影剂、聚合物微泡（polylactic acid -glycolic acid ，PLGA ）和表面活性剂微泡造影剂4类。
1.1 脂质体微泡造影剂脂质体是指一类由磷脂双原子层构成，内部为水相的人工囊泡[3]。
脂质体造影剂因壳膜的不同分为二棕榈酰磷脂酰胆碱和二硬脂酰磷脂酰乙醇胺2种。
这类磷脂脂肪链长，高度饱和，柔韧性较强，在体内寿命较长，声学响应性好，形成的微泡易产生回波[4]，作为超声造影剂应用于临床已较为成熟。
基金项目： 2022年陕西省大学生创新创业训练项目（S202211840089）；西安医学院大学生创新创业训练项目（121522089）；陕西省科技厅社发项目基金（2023-YBSF-011）；西安医学院校级重点扶持学科基金-医学技术学科（医学影像技术方向）作者简介：郭子琳，主要研究方向为超声造影剂制备。
通信作者：段云燕，教授，主要研究方向为心血管疾病的超声诊断。
最佳答案超声造影剂是一种粉沫样的物质。
直至今日，它在全世界各种检查和诊断中已被使用超过10万次。
现在我们多数使用的是20世纪50年代和60年代发展和改进的所谓“离子型”造影剂。
本文讲述的超声造影剂是一类能够显著增强超声检测信号的诊断用药，在人体微循环和组织灌注检验与成像方面，用超声造影剂进行超声检测，简便、耗时短而且实时无创、无辐射，具有其他检查方法如CT、MRI 等无法比拟的优点。
与常规超声成像相比，可以显著提高对病变组织在微循环灌注水平的检测。
因此，超声对比显影成为超声领域中最前沿的跨学科的研究重点〔1〕。
1 概述1.1 公认的超声造影剂（USCAs）始于1968年，Gramiak和Shah报道注射吲哚篝绿（indocyanine）冲生理盐水或葡萄糖液进行M模式的超声心电图检查，所得图像明显增强。
1.2 超声造影剂的历史及发展1.2.1 第一代超声造影剂以空气为内含物，微泡在血管内的持续时间由下式决定：T=ro2.r/2D×Cs，其中ro为气泡半径，r为内涵气体密度，D为气体的弥散度，Cs为气体在血液中的饱和度。
第一代超声造影剂的物理特性，决定了它持续时间短，容易破裂，从而限制了临床应用中观察和诊断的时间。
1.2.2 第二代造影剂最大的优势在于在合适的超声强度（直接声压DP）的作用下，气泡能够有很好的非线性作用下的震动而不破裂。
根据这一特点，超声设备的低机械指数实时成像，被认为是超声发展过程中的一个革命性技术，有专家的下述评说，现已被广泛接受：“超声造影剂和实时超声造影，是继实时二维成像、多普勒和彩色成像之后的第三次革命。
”2 超声造影剂的类型及相关技术2.1 超声造影剂的类型目前造影剂根据剂型及成分的不同，可分为：(1)自由气体；(2)包裹气体；(3)混悬液；(4)胶体溶液；(5)水溶液。
各种超声造影剂：(1)靶相超声造影剂；(2)微胶囊造影剂：包括蛋白质空气微胶囊超声造影剂、氟碳气体微胶囊超声造影剂、可生物降解高分子微胶囊超声造影剂；(3)团注超声造影剂；(4)微泡超声造影剂；(5)多聚体声学造影剂；(6)包膜超声造影剂。
超声医学科主治医师基础知识模拟题17一、以下每一道考题有A、B、C、D、E五个备选答案，请从中选择一个最佳答案。
1. 下列哪项不是超声成像A.B型断层扫描B.A型扫描C.彩色血流显像D.二次谐波成像E.三维重建成像答案：E[解答] B型断层扫描、A型扫描、彩色血流显像、二次谐波成像都属于超声成像。
2. 用彩色多普勒血流成像技术检测末端小动脉，下列哪项调节错误A.用低的速度标尺B.彩色图选用两色图C.小的取样容积D.低通滤波器E.高通滤波器答案：E[解答] 高通滤波(high-pass filter)是一种过滤方式，规则为高频信号能正常通过，而低于设定临界值的低频信号则被阻隔、减弱。
对检测高速血流才选用高滤波频率。
3. 调节彩色血流显像内容，错误的是A.调节彩色增益B.调节彩色滤波器C.调节彩色速度标尺D.调节脉冲多普勒的取样容积E.调节彩色取样框大小答案：D[解答] 调节彩色血流显像包括：调节彩色增益、彩色滤波器、彩色速度标尺、彩色取样框大小。
而脉冲多普勒是以频谱的方式显示某点的血流速度、方向和性质。
4. 变频超声探头的特性，与以下哪项无关A.可选择两个以上的诊断频率B.可提高分辨率与穿透力C.与信号处理结合可实现二次谐波现象D.在凸阵、线阵、相控阵探头上均能实现E.可解决超声成像中的三维重建技术答案：E[解答] 变频超声探头为有两个或两个以上中心工作频率的探头，其特性有：可选择两个以上的诊断频率，可提高分辨率与穿透力，与信号处理结合可实现二次谐波现象，在凸阵、线阵、相控阵探头上均能实现。
而超声成像中的三维重建技术需要容积探头来解决。
5. 高频探头可提供A.更高的分辨率B.增大反射体的频移C.侧向分辨力提高，衰减降低D.穿透力增强E.聚焦能力增强[解答] 高频探头具有较高的分辨力和低的穿透力，常用于表浅器官检查。
6. 常用的电压材料不包括A.石墨B.钛酸钡C.锆钛酸铅D.天然石英晶体E.PVDF答案：A[解答] 常用的电压材料有：钛酸钡、锆钛酸铅、天然石英晶体、PVDF。
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·方法技术学·Nonlinear properties of ultrasound contrast microbubbles and theirapplication in nonlinear ultrasound contrast im agingL I N G Tao1,2,Z H EN G H ai 2rong1,23(1.Paul.C.L auterbur Research Center f or B iomedical I maging ,I nstitute of B iomedical and Health Engineering ,S henz hen I nstitutes of A dvanced Technolog y ,Chinese A cadem y of Sciences ,S henz hen 518067,China;2.Key L aboratoryof B iomedical inf ormatics and Health Engineering ,Chinese A cadem y of S iences ,S henz hen 518067,China )[Abstract] When insonated with f undamental f requency ,the ultrasound contrast microbubbles are able to produce nonlin 2ear scattering and generate nonlinear f requencies.The nonlinear properties of these microbubbles can be used to create non 2linear imaging modality and significantly improve the diagnostic capability of medical ultrasound.This paper was a review a 2bout the current research progress of nonlinear properties of ultrasound contrast microbubbles and nonlinear imaging ,espe 2cially about the nonlinear properties under different f requency ,acoustic pressure and the application of nonlinear imaging.A prospect of the f uture research and application was finally put forward in the paper.[K ey w ords] Ultrasonography ;Microbubble ;Nonlinear acoustics ;Harmonic imaging ;Subharmonic imaging ;Ultrahar 2monic imaging超声造影微泡非线性声学特性与成像研究进展凌 涛1,2,郑海荣1,23(1.中科院深圳先进技术研究院,生物医学与健康工程研究所,保罗·C ·劳特伯生物医学成像研究中心,广东深圳 518067;2.中国科学院生物医学信息与健康工程学重点实验室,广东深圳 518067)[摘 要] 超声造影微泡在声场中会发生非线性散射,在基频超声波激励下,会产生次谐波、超谐波及高次谐波,这意味着可利用超声造影微泡进行非线性成像,从而大幅度提高超声成像的临床诊断能力。
超声造影剂声学特性的优化设计与实验测定1宗瑜瑾，万明习，王素品，陈红西安交通大学生物医学信息工程教育部重点实验室，生命科学与技术学院，西安(710049)E-mail：mxwan@摘要：本文基于超声造影剂微泡在声场中的理论振动模型，建立了用于对超声造影剂的声学特性进行优化设计与分析的计算机辅助设计系统。
利用该系统，从理论上计算和估计不同的微泡半径、声压等参数对微泡的基波和二次谐波的影响，以得到获得最佳二次谐波特性的声学条件。
并在此基础上，对优化条件下超声造影剂的声学特性进行了体外声学实验测定。
实验结果表明，该优化设计系统的计算结果在一定范围内能够与实验结果较好地吻合，可从理论上对造影剂的制备和应用进行指导。
关键词：超声造影剂，声压，基波，二次谐波1．前言与其它成像模式中造影剂的作用类似，超声造影剂(Ultrasound contrast agent, UCA)是一类能够显著增强医学超声成像信号的诊断试剂。
由于超声造影剂与周围组织的声阻抗差高、共振散射强，可显著增强在组织背景下血液流动中UCA的散射信号，所以在微血管血流灌注成像方面具有很大的潜力[1-5]。
目前，超声造影剂已从当初的自由气泡发展成为蛋白质、表面活性剂、脂类或聚合物等包膜并包裹高分子量难溶气体的微泡。
包膜的存在增加了微泡的“寿命”，使微泡内的气体不容易溶解、扩散到周围的血液中，提高了微泡的稳定性。
但是包膜的存在又影响了微泡在声场中的振动，使得微泡在声场中的行为变得更加复杂[6-9]。
为了能够更好地了解超声造影剂在声场作用下的振动，找到其用于基波增强、谐波成像等不同成像模式时的最佳工作条件。
本文基于单个超声造影剂在声场中振动的理论模型，建立了超声造影剂声学特性的优化设计分析系统，用于微泡声学特性的计算机辅助设计和分析。
从理论上计算不同声学参数的条件下超声造影剂的半径振动曲线和散射回波，并利用体外声学测试系统测定了自制的JD-95型超声造影剂在不同优化条件下的声学特性。
2．材料与方法2.1 超声造影剂本文所用的自制超声造影剂JD-95是在通入六氟化硫(SF6)气体的情况声振Span 和Tween等表面活性剂溶液［10］制得。
采用Multisizer 3颗粒自动分析仪(Beckman-Coulter公司，美国)测量该造影剂的粒度分布与浓度，得到其粒度分布如图1所示，平均粒径为1.495um，图1 JD-95的粒度分布曲线90%以上的微泡直径在10um以下，浓度为3.8×109个/ml。
1本课题得到国家自然科学基金（No.30270404，69925101）及国家863计划（No. 2004AA218020）项目的资助。
2.2 超声造影剂谐振频率的测定采用类似方法［11］测定JD-95的谐振频率。
实验装置如图2所示，由方波脉冲发生器，直径0.25英吋，带宽105.0%)，双工器(RDX-2, Retic, USA)用作发射/接收开关，超声波通过样品槽经钢板反射后仍由同一换能器接收。
接收到的信号经放大器(BR640A, Retic, USA) 放大后在数字示波器(TDS 340A，Tektronix，USA)上显示，该数字示波器通过GPIB卡(IEEE －488 GPIB)与计算机相连，可将接收信号数据传入计算机内储存并进一步处理。
测量前，换能器使用针式水听器进行校正。
实验结果如图3所示，其中图(b)为造影剂的衰减系数与频率的关系，从图中可以看出，在频率约2.5 MHz的位置曲线衰减系数达到最大值，说明此时超声波通过造影剂后造成的衰减最大，也就是说，此时造影剂的散射最强。
因此，这个峰值位置对应着造影剂的谐振频率。
由于超声造影剂的尺寸有一定的分布，所以其谐振频率也是一个范围，即此造影剂的谐振频率在2-3MHz左右。
本文后面的声学实验所选择的发射频率为2.5MHz。
图3 a.造影剂加入前后散射回波的频谱 b. 造影剂的衰减系数随频率的变化2.3理论计算方法对于自由气泡在声场的非线性振动，Herring 在经典的Rayleigh 模型的基础上，假设液体中的声速为常数，提出的微泡运动方程[12]为:⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−+−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−∞∞∞∞∞∞c R P c R p P c R R c R R R &&&&&&&1134123212ρ (1) 如果忽略其中的(∞−c R/1& )项，则得到修正的Herring 模型： ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+−=+∞∞∞P c R p P R R R &&&&ρ1232 (2)针对包膜的微泡，Morgan 推导的修正Herring 模型[13]如式(3)所示：))(()(12312124312223020300002t P P R R RR c R R R c R R R R R c R R R R P R R R driv sh +−−−⎟⎠⎞⎜⎝⎛−⎟⎠⎞⎜⎝⎛−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−−⎟⎠⎞⎜⎝⎛−⎟⎠⎞⎜⎝⎛⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++=+εεµχσµγχσρργ&&&&&&&& (3)其中P driv (t)为随时间变化的驱动声压，P 0为静压力，R 为瞬时微泡半径，R&为微泡壁的速度，R&&为微泡壁的加速度，R 0为初始微泡半径，χ为膜的弹性模量，ε为膜厚，γ为气体的多归指数，µ 为周围液体的粘度，µsh 为膜的粘度，ρ为液体密度，c 为液体中的声速，σ为界面张力。
本文采用式(3)所示的Morgan 模型来估计超声造影剂的非线性声学特性。
此仿真模型假设纳米包膜造影微泡的膜厚在振动过程不变，振动的幅度不是很大，不至于使微泡破裂，微泡内的气体为理想气体，满足多归方程。
采用为四节龙格库塔法求解该二阶微分方程，采用MATLAB6.5 中的ODE45函数实现[14]。
造影剂声学特性的体外测试装置如图4所示。
两个中心频率分别为2.25MHz(V306，-6dB带宽为81.94%)和5MHz(V309，-6dB带宽为105.0%)的单阵元换能器分别作为发射/接收换能器，两个换能器成直角固定在水槽壁上，使样品盒处于两个换能器声束的共焦区。
任意波形发生器(AWG2021，Sony/Tektronix corp., TOKYO, JP)由脉冲方波发生器产生的脉冲重复频率为1Hz的外触发信号触发后产生5个周期2.5MHz的正弦波，经功率放大器(25A250A, AR, USA)放大后施加到发射换能器，微泡的散射回波经接收换能器接收后，由射频放大器(BR640, Retic,USA)放大后由数字示波器采集，经GPIB卡存贮到计算机以便进一步处理。
在每种实验条件下连续采集50组数据，取其平均值。
3．仿真实验结果与讨论3.1 微泡优化设计系统根据式(3)的包膜微泡振动模型，建立了超声造影剂微泡的优化设计实验系统，如图5 所示。
该系统的界面主要分为四个区：功能选择区、微泡参数选择区、声学参数选择区和结果显示区。
在微泡参数选择区，可供选择的参数分别为微泡的初始半径、膜厚度、膜粘度和弹性模量；在声学参数选择区，可根据所选的信号不同而改变发射信号的声压、频率、脉冲数、初始相位等；功能区可以选择图形显示、时频分析、结果比较、图形缩放、滤波处理等功能；而结果显示区则对应于所选功能显示相应的波形、声压曲线和频谱等结果。
举例说明，图5给出利用上述系统所得到的半径为 1.5um、膜厚为1nm、膜粘度为1.49Pa.S、弹性模量为0.26N/m的微泡在5个周期2.5MHz、声压为200KPa的超声波作用下的半径振动曲线及散射声压曲线。
(a) (b)图5 半径为1.5um 的微泡在5个周期2.5MHz 超声波作用下的半径振动曲线(a)和散射回波(b)3.2 声压对微泡声学特性的影响利用上述优化设计系统，研究声压对微泡非线性特性的影响，图6为对半径为1.5um 的微泡在不同声压条件下散射回波的分析，其中，图(a)为散射回波中基波分量随声压的变化曲线，从图中可以看出，随着声压的增大，基波的幅度也随之增大；与此同时声压从50kPa 增加至200kPa 时，二次谐波与基波的比值也随之增大(如图(b)所示)，但是随着声压的进一步增大，二次谐波与基波的比值却开始减小，可以看出相对于基波而言，获得较大二次谐波的声压范围在200-400kPa 。
(a) (b)图6 (a)基波随声压的变化曲线(b)二次谐波与基波的比值随声压的变化曲线3.3 半径对微泡声学特性的影响在声压为500kPa 的条件下，只改变微泡的半径，其余参量不变，采用类似的方法，得到不同半径的微泡在声场作用下的半径振动曲线，如图7所示。
(a)R0=0.9um(b)R0=1.5um(c) R0=2.3um图7 不同大小的微泡在声压为500 kPa时的半径振动曲线从图7可以看出，微泡的半径振动曲线主要有三种类型：第一种为微泡的谐振频率大约为发射频率的二倍，其半径振动曲线如图(a)所示；第二种是微泡的谐振频率与发射频率相近，其半径振动曲线如图(b)所示；第三种是微泡的谐振频率大约为发射频率的1/2，其半径振动曲线如图(c)所示。
当微泡半径较小，如0.5-1.1um时，容易产生二次谐波，但即使声压增大也很难产生次谐波；半径在1.5um左右时，控制声学参数，分别可以得到二次谐波和次谐波；当半径较大时，如2.3－3.1um时，微泡容易产生次谐波，较难产生二次谐波。
4．声学实验结果与讨论造影剂加入前后接收到的散射回波如图8中(a)、(b)所示，图(a)中较强的回波对应的位置为样品盒上的乳胶声窗，对比(a)、(b)两图，可以看出造影剂加入后的散射信号显著增强。
同时从(c)图可以看出除了基波部分有所增强以外，加入造影剂后还可产生明显强于组织的二次谐波，利用这一特性可将造影剂的散射信号与来自组织的信号区分开来，提高谐波成像的信噪比。
(a) (b)(c)图8造影剂加入前(a)、后(b)的散射回波信号及其频谱(c)4.1浓度的影响声压固定在308kPa时，分别注入不同浓度的超声造影剂，得到不同浓度条件下微泡的散射频谱如图9所示。
图9浓度对微泡散射回波的影响从图中可以明显看出，浓度对基波影响很小，在整个浓度变化范围内，基波的幅度基本没有变化，而随着微泡浓度的减小，二次谐波的幅度却随之减小，当浓度稀释到15倍时，二次谐波的幅度下降了约10dB。
4.2声压的影响不同声压下微泡响应的频谱如图10所示。
(a) (b)图10 声压对造影剂散射信号的影响同理论分析的结果一致，随着声压的增大，基波和二次谐波均有所增加，如图(a)所示，从图中可以看出，随着声压的增大，散射回波中的基波和二次谐波分量的绝对值均随之增加。
