● 摘要
心腔和大血管内血流压力的测量可为医生评估患有瓣膜性心脏病，充血性心力衰竭，门静脉高压症等疾病的病情提供重要信息。目前，临床测量心腔和大血管内血流压力时，将压力导管直接插入心腔内去获得压力，这种方法的测量结果虽然准确但是有创。超声造影剂是含有直径小于10μm气泡的溶液。超声造影剂微泡的线性和非线性散射信号可用于成像并改善图像质量，超声造影剂还可用于靶向治疗药物和基因的输运和释放。造影剂微泡可经静脉注射进入血液循环，通过肺部毛细血管网到达左心室。由于微泡的可压缩性，环境压力改变会引起微泡尺寸改变，进而引起微泡声学特性发生改变，因此可以从微泡回波信号变化中提取血流压力信息。理论和实验研究均表明，与基波相比，造影剂微泡非线性振动产生的次谐波散射信号对环境压力变化更加敏感。本论文旨在利用造影剂微泡次谐波散射信号，研究估测压力的新方法，探寻提高现有的利用次谐波散射信号估测压力方法的灵敏度的新思路。我们首先对Shi等提出的基于次谐波幅度是环境压力函数的压力估测方法的灵敏度进行了改进。对脂质微泡破坏机制的研究发现，在一定强度的声压下微泡的破坏表现为声驱动引起的泡内气体的扩散而非微泡的破碎分裂。而气体的扩散速率受环境压力的影响，环境压力越大气体扩散越快，微泡破坏数量越多。因此，我们提出了一定声参数条件下利用脂质微泡声驱动扩散的破坏机制提高测压灵敏度的改进思路。由于次谐波幅度与环境压力间的单调性依赖于声压，且利用微泡声驱动扩散的破坏机制提高测压灵敏度的声参数条件可能会对组织产生损伤。因此我们探寻利用微泡次谐波响应估测血压的新方法。理论和实验研究表明，驱动频率为微泡共振频率两倍时，低声压下微泡未破坏就可产生显著的次谐波。因此，施加的声压存在着一个使造影剂微泡次谐波信号达到最强的最优驱动频率，且在相同环境压力变化下，理论上，次谐波最优驱动频率的偏移量是共振频率偏移量的两倍；利用次谐波最优驱动频率的偏移估测血压，其灵敏度应为共振频率偏移法的两倍。基于此，本论文提出利用造影剂微泡的次谐波最优驱动频率偏移作为新参量的血流压力估测新方法，并研究其可行性和有效性。本论文的主要研究工作主要包括以下三个方面：1、声参数对超声造影剂次谐波幅度环境压力灵敏度影响的实验研究本论文实验研究了驱动声压和驱动频率等参数对基于造影剂微泡次谐波幅度是环境压力函数测压方法的灵敏度和精确度的影响。在不同的声参数条件下，研究了造影剂SonoVue在8～200mmHg环境压力下的次谐波散射特性。结果表明，在驱动频率4MHz、声压450kPa的条件下，SonoVue的次谐波幅度下降了10.46dB，与先前报道的9～12dB的结果一致。而在驱动频率4MHz、声压500kPa和驱动频率1.33MHz、声压350kPa的条件下，SonoVue的次谐波幅度分别下降了18.91dB和18.81dB，远高于先前报道的结果，而且次谐波幅度随环境压力增长单调递减且线性相关性良好。与低机械指数下利用未破坏的微泡进行测压的策略相比，提高声压或降低频率至中等强度的机械指数（0.25