微泡超声造影剂材料研究进展

超声造影剂(UCA)是一类能够显著增强医学超声检测信号的诊断药剂,UCA的出现,开创了无创超声医学的一个新领域.本文对目前应用于微泡超声造影剂的各种材料进行了评述,并按膜材料的不同,从制备角度出发介绍了一些最新的造影剂,介绍了微泡超声造影剂目前在靶向制剂领域的融合,文中还介绍了我们开展的一些工作.     

低频低能量超声联合微泡对前列腺细胞的影响

目的:采用原子力声显微镜及透射电镜观察低频低能量超声联合微泡对前列腺癌细胞DU145及正常前列腺上皮细胞RWPE-1的作用。方法:两种细胞均分为对照组、单纯超声组、超声联合微泡组。对照组加入一定比例的生理盐水,不进行超声辐照;单纯超声组加入相同比例的生理盐水,用发射频率为21 k Hz的低频超声辐照,辐照2 min,占空比30%;超声联合微泡组加入同前相同比例的微泡造影剂悬浊液,用与单纯超声组相同的超声辐照。处理过的细胞立即用原子力声显微镜观察其形貌并计算其杨氏模量。同时,对同一处理方式的对照组及超声联合微泡组细胞继续培养24 h后,用透射电镜观察细胞。结果:单纯超声组的DU145细胞及RWPE-1细胞的细胞形态与对照组无明显变化;超声联合微泡组的DU145细胞及RWPE-1细胞形态呈类圆形,细胞表面可见放射状显微丝状结构,细胞膜表面可见多个大孔状结构;超声联合微泡组的DU145细胞的弹性模量较RWPE-1细胞大,且与对照组相比,两种细胞的弹性模量均变大,DU145细胞尤甚。透射电镜观察结果示对照组的两种细胞未见细胞自噬,而超声联合微泡组两种细胞都出现自噬现象,其中DU145细胞中可见凋亡现象。结论:低频低能量超声联合微泡可引起前列腺癌DU145细胞及正常前列腺上皮RWPE-1细胞的细胞膜出现孔状结构,并诱导其自噬,且对DU145细胞的损伤大于RWPE-1细胞。     

超声造影剂微泡尺寸分布及浓度测量方法

通过计算机采集光学显微图片,以Image-ProPlus和Photoshop两种图像分析软件实现了微泡的浓度及尺寸分析进行定性测定。结果表明,本文采用的方法快速、简便、重现性良好,可作为超声造影剂微泡的定性测定。     

超声造影剂微泡非线性声学特性的数值仿真

以空气泡为例,采用描述气泡半径运动的Rayleigh-Plesset方程,对其在高频声压辐照下的非线性振荡,散射声场和散射截面进行理论和数值研究,为获取更清晰的图像提供理论依据。结果表明:激励声压的频率在微泡的固有谐振频率附近时,可以产生强的二次谐波散射声压。同时,提高入射声强可以增大二次谐波散射截面,但不能改变基波散射截面。     

超声造影剂衰减系数随时间变化特性研究

为了研究微泡型超声造影剂对声传播衰减的影响,基于气泡动力学理论模型计算微观粒径变化引起的声传播衰减,推导出超声造影剂衰减系数随时间变化的解析表达式,并构建了实验系统,对超声造影剂的衰减系数进行测量。实验结果验证了理论模型的有效性,以及超声造影剂衰减系数随时间变化呈现出指数衰减规律。该研究为减小超声波的传播衰减和畸变提供了依据,使得超声造影剂有效地应用于超声医学领域。     

超声与微泡在血管病变治疗方面的应用

超声微泡属于"超声分子影像学"的范畴.将其携带上基因或药物后,超声与微泡不仅用于超声显像,还可用于疾病的治疗.本文现将其在血管病变治疗方面的应用作一简要综述.     

医学造影用微泡材料制备方法研究进展

微泡由于其特殊的结构,广泛地应用于食品、化妆品、医学等领域.尤其是在医学超声造影方面的应用,开创了无创超声医学的新领域.而医学造影用微泡材料的制备是一个复杂、有相当难度的过程.微胶囊技术的引入大大加快了微泡造影荆制备方法的发展.对近年来国内外微泡造影剂的各种制备方法及其优缺点进行了介绍.指出采用化学方法能得到更加个性化的声学造影剂,并使其具有成像和靶向治疗的双重功效.     

超声破坏微泡治疗大鼠下肢血管闭塞的研究

目的用超声破坏微泡的方法促进大鼠下肢血管闭塞模型的血管新生.方法30只大鼠随机分为3组,建立下肢血管闭塞模型,一组采用超声破坏微泡的方法;一组单纯超声作用;一组作为对照.14天后处死各组大鼠,用免疫组织化学方法观察骨骼肌组织中血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor VEGF)的表达和血管新生情况.结果用超声破坏微泡的方法可在大鼠血管闭塞模型中促进VEGF的表达和缺血骨骼肌的血管再生,与单纯超声组和对照组比较有显著性差异.结论超声破坏微泡可促进血管闭塞后骨骼肌中VEGF的表达和血管新生.     

贴壁振动造影剂微泡周围速度场及剪切力研究

0引言声孔效应作为可以进行基因和药物的定向运输的很有潜力的技术,正在被广泛的研究。对于声孔效应硬性的实验研究已经很多,然而对于它的理论背景的研究却在初始阶段。对声孔效应产生机制的一种推测为:在细胞表面附近震动的造影剂微泡产生声微流,声微流在细胞膜上产生的剪切力所造成的。     

超声造影早期评价HIFU治疗兔移植性骨肿瘤的初步研究

目的:观察兔VX2移植性骨肿瘤经高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)治疗前后超声造影的图像变化,以评价高强度聚焦超声治疗骨肿瘤的疗效。方法:将VX2瘤块植入20只兔的右侧胫骨髓腔内,三周后进行HIFU治疗。治疗前后均推注超声微泡造影剂,对肿瘤治疗前后的超声造影图像进行比较。结果:治疗前超声造影显示,右侧胫骨髓内肿瘤快速、明显强化,与周边组织分界清楚,测得病灶平均大小为,上下径(17.614±0.955)mm,前后径(10.414±1.142)mm。治疗后造影,治疗区域显示为造影剂灌注缺损区,平均范围为上下径(8.010±0.584)mm,前后径(7.540±0.499)mm,未经治疗的肿瘤组织仍有超声造影剂灌注。结论:超声造影成像清楚地显示肿瘤范围以及治疗后灌注缺损区的大小,通过反映治疗后肿瘤的血供改变来评价HIFU治疗肿瘤的疗效。     

改进的多子阵双站合成孔径声纳成像算法

在常规单站SAS系统中,多子阵技术是提高测绘率的一个有效方法,针对发射站固定的双站SAS模型,多子阵技术同样可以用来解决测绘率与降空间采样率的矛盾,但是当"停-走-停"假设不再成立时,将引入相位误差项,降低双站SAS的成像质量,针对该问题在原有多子阵逐点成像算法的基础上,研究了发射站固定的双站SAS基阵运动引起的相位误差,提出了多子阵双站合成孔径声纳带相位补偿的逐点成像算法,在建立多子阵双站SAS数学模型的同时,形成了新的多子阵双站SAS系统方案设计。并给出了改进的波束形成逐点算法和仿真实验。改进的逐点算法并未改进运算量大小,新方法能够改善成像效果,仿真实验验证了该方法的有效性。多子阵双站合成孔径声纳成像的逐线算法有待进一步研究。     

多子阵双站合成孔径声纳成像算法

SAS测绘率是大面积海底测绘的一个重要指标,多子阵的方法已经在常规单站SAS的实际系统中取得了良好的效果。针对双站合成孔径声纳(双站SAS)测绘速率受空间降采样率限制的问题,该本文首先给出了发射站固定的双站SAS模型,分析了该模型双站SAS的测绘率。为了提高双站SAS的测绘率,本文中提出了发射站固定下的多子阵双站合成孔径声纳成像方法,并给出了严格的数学模型,形成了多子阵双站SAS系统设计方案,提高了系统的测绘率。文章最后给出了基于波束形成逐点算法多子阵双站SAS的成像仿真,仿真结果验证了方法的有效性。     

一种基于MSR的中等斜视多子阵合成孔径声呐距离多普勒算法

针对现有斜视多子阵合成孔径声呐成像算法忽略了\"非停走停\"假设的孔径依赖性和阵元依赖性,导致中等斜视时成像效果差的问题,提出了一种基于级数反演方法(Method of Series Reversion, MSR)的中等斜视多子阵合成孔径声呐距离多普勒算法(Range Doppler Algorithm, RDA)。首先,为了解决\"非停走停\"假设孔径依赖的问题,直接对精确距离史在波束中心处进行泰勒级数展开,得到近似距离史,并借用MSR求得近似距离史对应窄带回波信号的二维谱解析解。然后,为了解决阵元依赖的问题,使用基于MSR的RDA分别对每个子阵单独成像,再通过将每个子阵的成像结果进行相干叠加的方式消除单个子阵欠采样带来的混叠现象,得到完整的成像结果。最后,通过与现有算法的仿真对比实验,验证了该算法的有效性。     

合成孔径声纳中拖体偏航角的估计方法分析

单发射阵多接收阵合成孔径声纳成像中,拖体的偏航角是主要的运动误差之一,为得到高质量的成像结果必须对其准确估计并补偿。主要分析了偏航角的两种估计方法,即偏置相位中心算法和基于相邻两帧图像互相关算法。通过仿真和湖试试验结果表明,在强点目标场景下偏置相位中心算法估计偏航角的精度较低,且随拖体的速度的增加估计精度大幅度下降,当拖体速度过快导致无重叠相位中心时该算法失效,而基于相邻两帧图像互相关算法估计的偏航角相对于偏置相位中心算法不仅精度高,且具有很好的鲁棒性。     

多接收基元合成孔径声呐频域数据融合算法

单接收基元合成孔径声呐基阵的速度是严格受到限制的,这主要是由于为了保证方位向不出现栅瓣,方位的采样间隔必须小于换能器的半径。通过使用Vernier阵技术可以增加声呐平台的速度,同时在相同的时间内获得比单个接收基元合成孔径声呐更大的测绘面积。虽然我们可以通过预处理把多接收基元的回波数据转换成单接收基元的回波数据,但是这种处理需要耗费大量的时间,因此最终影响整个合成孔径处理算法的效能。文章提供了一个高效的多接收基元合成孔径声呐数据融合方法,该方法主要是利用了快速的傅里叶变换算法把数据变换到频域,然后再进行数据预处理,因此提高了数据融合的有效性,水池试验结果表明该算法是有效的和精确的。     

Motion estimation in wide band synthetic aperture sonar based on the raw echo data using the method of displaced phase center antenna

Phase errors in synthetic aperture sonar (SAS) imaging must be reduced to less than one eighth of a wavelength so as to avoid image destruction. Most of the phase errors occur as a result of platform motion errors, for example, sway yaw and surge that are the most important error sources. The phase error of a wide band synthetic aperture sonar is modeled and solutions to sway yaw and surge motion estimation based on the raw sonar echo data with a Displaced Phase Center Antenna (DPCA) method are proposed and their implementations are detailed in this paper. It is shown that the sway estimates can be obtained from the correlation lag and phase difference between the returns at coincident phase centers. An estimate of yaw is also possible if such a technique is applied to more than one overlapping phase center positions. Surge estimates can be obtained by identifying pairs of phase centers with a maximum correlation coefficient. The method works only if the platform velocity is low enough such that a number of phase centers from adjacent pings overlap.     

一种基于PFA的多子阵聚束合成孔径声呐成像方法

文章提出了一种基于极坐标格式算法（Polar Format Algorithm,PFA）进行聚束多子阵合成孔径声呐成像的改进方法,建立了非“停-走-停”条件下的斜视成像模型,推导了信号由时域到波数域的解析表达式,给出了信号处理流程。该方法首先使用场景中心点的精确距离史对平台运动误差进行补偿,并通过极坐标算法处理得到粗聚焦的图像。其次,为了解决非场景中心点的残余空变相位误差的补偿问题,对粗聚焦图像进行分块自聚焦处理,使场景边缘点的聚焦效果得到改善。最后,经过子图拼接及几何校正后得到完整的精聚焦图像。仿真及分析结果表明,该方法提高了方位向性能指标,同时也能准确补偿平台运动误差,可以很好地应用于多子阵声呐成像。该方法在大运动误差、大斜视情况下仍具有较好的鲁棒性。     

基于Chirp Scaling成像算法的高分辨聚束式合成孔径声呐

基于两步处理算法和ChirpScaling算法,提出一种适用于条带式成像算法的通用高分辨聚束式合成孔径声呐(SAS)模型。该模型结合了谱分析(SPECAN)算法和ChirpScaling算法的优点,算法首先采用deramp和升采样处理技术实现方位的粗聚焦,消除了聚束式SAS特有的方位频谱混迭现象,然后应用ChirpScaling原理实现距离的精确聚焦,并补偿deramp处理引起的方位相位误差,实现方位精聚焦。基于该通用模型,给出了实现的步骤,整个算法无需任何插值操作,只需复乘和FFT即可完成。该算法适用于宽测绘带高分辨率聚束式SAS的精确而高效成像处理。最后,通过计算机仿真,验证了该通用模型的有效性。     

FFBP算法在合成孔径声纳成像中的应用

时域合成孔径成像算法可以更好地适应多子阵造成的方位向采样不均匀问题,并且具有存储空间小、并行处理方便的优点。但精确时域算法运算量非常大,快速分块反向传播投影（Fast Factorized Back Projection,FFBP）成像算法则可以大大降低成像计算量。详细分析了FFBP声程误差的距离效应、孔径合并策略和图像分裂策略、成像的计算量等关键问题,并给出了仿真和实测数据成像结果。通过对仿真和实测成像结果的分析表明：FFBP算法可以提高计算效率,适用于实时合成孔径声纳成像系统。     

采用反向投影算法进行宽带合成孔径声纳数据处理与图像重建

文中提出了宽带合成孔径声纳(synthetic aperture Sonar，简称SAS)成像的反向投影算法(back pmjection，简称BP)。该算法是在时间-空间域中对合成孔径线列阵中备个阵元接收回波的所有频率分量进行相干求和，以充分利用合成孔径上所有回波的能量，从而得到理想的SAS图像。同时，文章中分析了BP算法实现过程中拖尾(tall)现象的产生机理，对BP重建图像进行了斜坡滤波处理。并对载频为15kHz,带宽为20kHz的SAS系统进行了仿真，结果验证了这种算法的有效性。