超声造影剂微泡间相互作用力理论研究

发布时间：2017-03-30 07:06

  本文关键词：超声造影剂微泡间相互作用力理论研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前,超声造影剂(简称UCA)正在超声造影、药物输送载体、以及组癌症治疗等领域扮演着重要的角色。例如在超声造影领域,由于其具有较大的散射率而使超声图像更加清晰。UCA微泡之间的最主要作用力被称为二阶Bjerknes力,该力的存在可能导致UCA微泡在局部聚集,从而影响UCA微泡功能的发挥。一种控制UCA微泡聚团的方式是通过外加声场控制二阶Bjerknes力的大小和方向,防止微泡聚集,使UCA微泡移动到理想的位置完成靶向药物输送或形成广泛的分布从而强化造影效果。文献调研显示,已有文献对于UCA间的作用力(二阶Bjerknes力)的研究并不充分。本文通过建立理论模型并采用扰动法和数值方法进行求解,对UCA微泡间的二阶Bjerknes力及其影响因素做了分析和讨论。首先,本文通过UCA微泡的基本几何模型和UCA微泡间的几何联系与UCA微泡之间相互作用力的基本方程,得到了微泡振荡和辐射压力之间的关系表达式,并将其与没有外壳的普通压缩性气体微泡的表达式进行比较。主要的区别在于外壳的性质,其中最主要影响参数有微泡外壳的材料、动力粘度、内外表面张力；此外,UCA微泡外壳的存在带来阻尼系数的变化也都在公式中得到了反映。第二,使用扰动法对基本方程进行线性化求解,得到了UCA微泡的二阶Bjerknes力的表达式,并对重要的参数进行解析解求解,分析这些参数对于微泡聚团的影响。这些参数包括微泡参数、外加声场参数以及壳体的特征参数等三个方面。通过解析解的求解,得到的结论有：壳体以及材料的变化,为影响微泡间二阶Bjerknes力的主要影响因素,随着微泡外壳的厚度的增大可以使微泡的自然频率增加,进而影响二阶Bjerknes力的大小和方向；微泡动力粘度的增加可以增加微泡的自然频率从而使微泡间的二阶Bjerknes力的性质发生改变。第三,讨论了UCA微泡其他参数对于二阶Bjerknes力的影响。主要结论有,UCA微泡的半径从两个方面影响二阶Bjerknes力的变化：首先会对微泡自然频率有影响-随着UCA微泡半径的增大,其自然频率会下降；其次,当微泡的半径相对于微泡间距较大时,二阶Bjerknes力的变化规律会改变。此外,微泡间的距离以及外加声场的频率也都与微泡的自然频率的变化相关,从而影响二阶Bjerknes力。通过改变参数,可以控制UCA微泡的运动,削弱聚团现象。第四,对UCA微泡间二阶Bjerknes力的基本方程的数值解进行求解,与已知的解析解进行对比,验证了解析解的正确性。
【关键词】：超声造影剂 二阶 Bjerknes力 超声场 数值计算
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R445.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 术语表11-16
• 罗马字母11-12
• 希腊字母12-13
• 符号13-16
• 第1章 选题背景及其意义16-25
• 1.1 研究背景及意义16-18
• 1.2 超声造影微泡UCA的应用18-21
• 1.2.1 超声造影成像18-19
• 1.2.2 输送载体19-20
• 1.2.3 声致微流20
• 1.2.4 热强化作用20
• 1.2.5 强化沸腾换热20-21
• 1.3 UCA微泡间相互作用力的研究进展21-24
• 1.3.1 Bjerknes力和二阶Bjerknes力21-22
• 1.3.2 UCA微泡间的二阶Bjerknes力22-24
• 1.4 本文的工作24-25
• 第2章 UCA微泡模型的建立25-32
• 2.1 几何模型25-26
• 2.1.1 单个UCA微泡的几何模型25-26
• 2.1.2 两个UCA微泡之间的几何模型26
• 2.2 UCA造影剂微泡的基本方程26-30
• 2.2.1 单UCA微泡的运动方程26-29
• 2.2.2 两个UCA微泡间的相互作用力计算的基本方程29-30
• 2.3 无壳微泡间的相互作用力的计算方程30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 UCA微泡的相互作用力的解析解与分析32-46
• 3.1 UCA微泡相互作用力解析解公式的推演32-35
• 3.2 UCA微泡外壳参数对于相互作用力的影响35-40
• 3.2.1 UCA微泡的外壳对于相互作用力的影响36-37
• 3.2.2 UCA微泡外壳厚度对于相互作用力的影响37-38
• 3.2.3 UCA微泡的外壳材料对于相互作用力的影响38-39
• 3.2.4 UCA微泡的外壳动力粘度对于相互作用力的影响39-40
• 3.3 UCA微泡其他参数对于相互作用力的影响计算与分析40-44
• 3.3.1 UCA微泡半径对于相互作用力的影响40-42
• 3.3.2 UCA微泡之间的距离对于相互作用力的影响42-43
• 3.3.3 驱动声场角频率对于相互作用力的影响43-44
• 3.3.4 UCA微泡的表面张力对于相互作用力的影响44
• 3.4 本章小节44-46
• 第4章 UCA微泡模型的数值解与分析46-53
• 4.1 UCA微泡间相互作用力数值解公式46-47
• 4.2 UCA微泡间相互作用力解析解的验证与数值解分析47-52
• 4.2.1 无外壳微泡和UCA微泡之间二阶Bjerknes力的解析解区别47-49
• 4.2.2 不同的输入功率p_e对于UCA微泡的二阶Bjerknes力的影响49-52
• 4.3 本章小节52-53
• 第5章 结论与展望53-55
• 5.1 主要结论53
• 5.2 未来研究展望53-55
• 参考文献55-64
• 致谢64-65
• 作者简介65

【参考文献】

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1 赵玉英,智光,徐勇,王身国,崔文瑾,贝建中,周小禹;新型多聚体超声造影剂的初步实验研究[J];中国超声医学杂志;2004年02期

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本文编号：276490