Page 56 - 《应用声学》2021年第6期

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൓ៈฉ ᡔៈฉ ࠕࣜ٪ܦ 50 ൓ៈฉ ᡔៈฉ ࠕࣜ٪ܦ
ԧ࠱ूए/(NpSHz) 40 ԧ࠱ूए/(NpSHz) 40
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⊲T  ⊲T  ⊲T  ⊲T  ⊲T  ⊲T  ⊲T  ⊲T  ⊲T  ⊲T  ⊲T  ⊲T 

ॲจѺݽࠛए/m -3 ॲจѺݽࠛए/m -3
(a) E  ܫ൓ៈฉnjᡔៈฉ֗ࠕࣜ٪ܦԧ࠱ूएᬤॲจ (b) E  ܫ൓ៈฉnjᡔៈฉ֗ࠕࣜ٪ܦԧ࠱ूएᬤॲจ
Ѻݽࠛएԫӑڏ Ѻݽࠛएԫӑڏ

图 14 声发射强度随微泡初始密度变化曲线图
Fig. 14 Curve of acoustic emission strength with initial density of microbubbles

3 讨论 波动 (图 10)，超声频率约为共振频率的半倍频或接
近共振频率，考虑是驱动共振响应的结果，但具体机
在实际临床治疗中需要考虑组织热损伤问
制还需进一步验证；位处于声轴对称位置的点E 1 和
题，在这里以超声频率 0.7 MHz、输入功率 1.2 W、
E 2 处接收的回波信号强度有差异 (图 5、图 8、图 11
辐照时间 60 s、微泡初始半径 6 µm 和初始密度
和图 14)，该差异时由颅骨非均质声学特性结构引
为 1.56×10 /m 为例，利用 Pennes 生物热传导方
3
10
发的。本研究仅用一名志愿者头颅 CT 数据和单一
程 [47] ：
血管建立三维模型进行了数值仿真，人体的个体差
∂T 2
ρC r = r ec ∇ T + q − W B C B T, (16) 异性未能考虑，下一步可采用多个志愿者头颅 CT
∂t
数据进行统计分析超声参数与微泡参数的影响；本
其中，单位体积发热量 q = 2αI，I 为声强；在
研究中仅考虑FUS功率和频率对BBB开放的影响，
水、脑和皮质骨的比热 C r 分别为 4180 J·kg −1 ·K、
如脉冲持续时间和总辐照时间等也会影响 BBB 开
1840 J·kg −1 ·K和3700 J·kg −1 ·K，热传导率r ec 分别
放程度，有待进一步研究。
为0.6 W·m −1 ·K、1.3 W·m −1 ·K 和0.465 W·m −1 ·K，
其他参数与表 1 相同的条件下， 忽略血流灌注
4 结论
(W B = 0.0) 后数值仿真获得焦点处最高组织温
升 T = 2.77 C [48] ，不会引起脑组织热损伤。由于 本文基于人体头颅 CT、82 阵元相控超声换能
◦
FUS 经颅传播时受颅骨结构和特性影响，为降低声 器和血管建立了经颅数值仿真模型，对超声辐照下
压衰减和相差影响，使用较低频率 FUS联合微泡促 颅内的声压传播进行研究，并依据被动空化检测法
进 BBB 开放，适宜的频率范围为 0.2∼0.7 MHz [19] ， 在颅外设置接收点记录目标位置处微泡的振荡情
本文也在该频率范围内进行了分析，并发现在初始 况，比较在不同的超声参数和微泡参数下 MI 分布
半径为6 µm条件下频率为0.5 MHz时MI max 最大。 和声发射强度的变化，从定性和定量的角度分析不
本文研究结果表明超声的频率影响焦域的形状和 同的参数选择对声压场、MI分布及靶区声发射强度
大小，频率越高产生的焦域越小，BBB 有效开放的 的影响。上述数值仿真的结果如下：
面积减小 (图 6)，这与 2018 年 Shin 等 [13] 的研究结 (1) 当血管中有微泡时，血管内会形成高声压
果一致。本文宽带噪声计算频带参考了文献 [41] 和 区，有次谐波和超谐波形成。
文献 [49]，当微泡初始半径和微泡密度越大时，次 (2) 随声功率和微泡初始密度的增大，焦点峰
谐波、超谐波和宽带噪声强度越大，可能导致更大 值负压和 MI max 增大，当声功率和初始密度较大时，
的 BBB 开口或组织损伤 (图 11 和图 14)，该结果与 可能出现 MI 大于 0.7 引发脑组织损伤；随频率的增
Yang 和 Choi 等的研究结果 [50−52] 相一致；当微泡 大，焦点峰值负压和 MI max 先增大再减小，随微泡
初始半径为 3 µm和6 µ m时焦点处MI max 出现了 初始半径增大焦点峰值负压和 MI max 呈现先增大