[发明专利]低强度脉冲超声空化增效药物释放时的空化分类多参量分析与定征方法

说明书

本发明公开了一种低强度脉冲超声空化增效药物释放时的空化分类多参量分析与定征方法。采用高低双频超声探头检测被动空化信号，对双频被动空化检测信号进行定位描图，接着通过对双频被动空化描图的时频分析，对低强度脉冲超声产生的稳态与瞬态空化分量进行时空定征，最后提取稳态空化总量和瞬态空化总量的时间空化总量曲线，并进行稳态与瞬态空化分类多参量提取。本发明实现了对低强度脉冲超声的空化效应的高灵敏多参量分析与定征，可以为低强度脉冲超声空化增效药物释放提供多角度评价。

技术领域

本发明属于超声空化检测领域，具体涉及低强度脉冲超声空化增效药物释放时的空化分类多参量分析与定征方法。

背景技术

超声空化是超声在液体媒质中传播时所特有的复杂流体动力学现象。空化过程分两种，一种是微泡的振荡以及生长过程的稳态空化，另一种是微泡的压缩以及崩溃过程的瞬态空化。稳态空化下会产生直径较小的稳定、均匀的声微流，其剪切力足以产生生物学效应。瞬态空化下会产生高温、高压、冲击波和微射流等极端物理现象。空化所产生的微射流和冲击波及其伴随的界面效应、微扰效应、湍动和聚能效应，会对周围组织或者细胞产生损伤，是肿瘤热消融、体外碎石、溶栓、组织毁损等的主要机制。

有效的空化检测与成像方法有助于更好地研究空化力学增效的物理机制并在此基础上对其进行合理的控制和利用。空化原位研究方法主要是声学检测方法，分为主动空化检测(ACD)和被动空化检测(PCD)以及描图成像。ACD通过单阵元聚焦换能器实现，具有较高的检测灵敏度，但是缺乏空间信息。PCD针对瞬态空化过程产生的声发射(包括谐波、次谐波、超谐波和宽带噪声等)，通过换能器被动接收并提取不同信息分量以反映空化状态。相比ACD受超声发射信号干扰，PCD在空化检测的信噪比上更具优势，已广泛用于接收空化泡惯性坍塌所产生的声发射。由于ACD与PCD缺乏空间信息，在其基础上，主动空化成像(ACI)与被动空化描图(PCM)、被动空化成像(PCI)技术被研究人员提出，该技术将ACD与PCD从1维推升至2维，获得空化微泡的空间分布信息。

PCM采用单阵元或阵列探头，使用PCD技术实现对极小空间上的空化场信号进行时空定位。PCD与PCM为空化增效跨组织界膜药物释放过程中的空化成核及坍塌的检测评价提供了理论基础。但单一中心频率的单阵元或阵列PCD和PCM换能器的带宽有限，难以覆盖更广频带；同时也会受到超声治疗换能器的功频混叠干扰。而且目前也缺乏空化信号多分量的定征方法，无法有效对超声空化增效药物释放进行空化场定征。特别是对于低强度脉冲超声治疗换能器，因其发射能量低、组织界膜所处环境复杂，使现有空化检测方法的灵敏度更低，导致上述PCD和PCM在带宽、功频混叠干扰以及空化信号多分量定征上的局限更为突出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低强度脉冲超声空化增效药物释放时的空化分类多参量分析与定征方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种低强度脉冲超声空化分类多参量分析与定征方法，包括以下步骤：

1)对低强度脉冲超声空化场的双频被动空化检测结果进行被动空化分布描图分析，得到双频被动空化描图；

2)通过对双频被动空化描图的时频分析，对所述低强度脉冲超声产生的稳态空化分量和瞬态空化分量进行时空定征，并计算得到稳态空化总量和瞬态空化总量；

3)根据稳态空化总量和瞬态空化总量的时间空化总量曲线，提取稳态空化和瞬态空化的空化评价参量。

优选的，所述步骤1)具体包括以下步骤：

1.1)在低强度脉冲超声空化效应(例如，空化增效药物释放)的被动空化检测中，对高低双频探头接收的共焦区空化信号进行实时采样，得到高低双频被动空化检测信号；

1.2)对高低双频被动空化检测信号按采样时间次序排列，形成以采样时间轴为横轴、采样深度为纵轴的时空二维(2D)被动空化描图。