[发明专利]一种超声造影剂微气泡的包膜粘弹特性定量表征方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学工程和临床造影诊断及治疗领域，是一种结合原子力显微镜技术及声衰减特性测量提出的对微气泡造影剂包膜粘弹特性定量表征的新方法。

背景技术

超声造影剂为含有包膜微气泡(直径为1-10微米)的液体微气泡，内充空气或者溶解度比空气低的气体；包膜材料主要有白蛋白类、非离子表面活性剂类、脂类、聚合物类。随着超声造影剂制备技术的不断发展，超声造影剂在超声诊断和治疗领域的作用越来越重要，其应用包括：超声造影成像、超声分子成像、超声溶栓、基因转染与药物输送和高强度聚焦超声(HIFU)等。在上述应用中，微气泡包膜粘弹特性对超声造影剂的性能具有重要的影响，例如：动力学行为、声学吸收特性及其空化阈值等。为了更好地促进超声造影剂在超声诊断和治疗领域中的应用，微气泡包膜的粘弹特性的定量表征非常重要。

目前，微气泡粘弹特性的评估方法主要有：背向散射和衰减检测、高速光学成像、光散射和原子力显微镜。背向散射和衰减检测方法可以精确测量微气泡散射的时域和频域特性；高速光学成像可以直接观察微气泡的振动；光散射技术可以分析单个微气泡在多脉冲作用下的实时数据，然而这些方法评估微气泡的粘弹特性时都依赖于微气泡动力学模型(如Marmottant及Doinikov等)。由于在动力学模型拟合中弹性系数和粘性系数是相互影响的，所以上述方法存在很大的不确定性，拟合得到的包膜参数准确性较差。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明鉴于传统评估微气泡粘弹特性的方法均依赖微气泡动力学模型，而动力学模型拟合中弹性系数和粘性系数均为不确定因素，拟合得到的包膜参数准确性差等问题，提供了一种超声造影剂微气泡的包膜粘弹特性定量表征方法，本发明是一种基于原子力显微技术对微气泡包膜的粘弹特性进行逐次单参数定量表征的新方法，首先采用原子力显微镜技术测量包膜微气泡的力学特性，根据微气泡包膜的力学特性曲线计算得到微气泡的体弹性模量；再采用超声测量技术进行超声造影剂微气泡的声衰减测量，进而结合微气泡动力学理论，精确计算出包膜微气泡的体粘度系数，提高了微气泡粘弹特性评估的准确性和精确度。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种超声造影剂微气泡的包膜粘弹特性定量表征方法，其步骤为：

步骤一、制备微气泡造影剂；

步骤二、采用原子力显微镜测量微气泡造影剂的力学特性及包膜厚度，并利用测得的力学特性及包膜厚度计算微气泡造影剂的体弹性模量；

步骤三、利用超声测量微气泡造影剂的声衰减特性，采用Hoff微气泡动力学模型，结合步骤二所得体弹性模量，计算微气泡造影剂的体粘性系数。

更进一步地，步骤一制备得到微气泡造影剂之后，将所得微气泡造影剂试样稀释500倍，采用激光粒度仪测量该微气泡造影剂的粒径分布。

更进一步地，步骤二中，将步骤一所得微气泡造影剂试样稀释100倍，并将稀释后的试样滴在聚赖氨酸包被的云母片上，静置30min，通过原子力显微镜在0.5Hz的扫描速度下，测量微气泡造影剂的力学特性。

更进一步地，步骤二中，将步骤一所得微气泡造影剂试样稀释100倍，并将稀释后的试样滴在聚赖氨酸包被的云母片上，使微气泡水分自然蒸发，采用原子力显微镜对微气泡包膜扫描成像，获得微气泡包膜厚度。

更进一步地，步骤二中，微气泡造影剂的体弹性模量计算公式如下：

式中，ν为泊松比，ε为微气泡包膜厚度，k_m为微气泡有效硬度。

更进一步地，步骤三测量微气泡造影剂的声衰减特性时，设定脉冲能量为1μJ，脉冲重复频率为200Hz，电压增益为26dB，超声驱动声压小于50KPa，信号采样频率为200MHz。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种超声造影剂微气泡的包膜粘弹特性定量表征方法，其首先采用原子力显微镜技术测量包膜微气泡的力学特性，根据微气泡包膜的力学特性曲线计算得到微气泡的体弹性模量；再采用超声测量技术进行超声造影剂微气泡的声衰减测量，进而结合微气泡动力学理论，精确计算出包膜微气泡的体粘度系数，将传统的多参数动力学模型拟合转换为单参数动力学模型拟合，有效消除了弹性系数和粘性系数两者的相互影响，提高了微气泡粘弹特性评估的准确性和精确度；