基于有限元分析和集中参数模型微血管与超声微泡声学响应的模拟

摘要

背景：研究特定超声激励下微血管与内部单个微泡间的非线性声学响应,对于最大化超声能量的沉积,促进定量成像算法的发展,揭示损害机制或评价靶向治疗的效果,克服传统方法主要适用于大尺寸血管的局限性、测量微血管弹性意义重大。目的：构建微血管中超声微泡模型,揭示超声、微泡与血管、血流间的内在机制。方法：基于有限元分析和集中参数模型,在Comsol Multiphysics 3.5a平台上进行微血管中超声微泡三维模型构建和模拟仿真。结果与结论：①微泡径向运动因受近处血管壁面限制,移动速度较轴向小;而血管壁因与微泡振动耦合,近微泡的中心处位移和应力最大;②相同声压下,激励频率增加会减弱微血管的缩放且更快趋于稳定;在相同频率下,激励声压越大血管运动越强烈,振动传播产生的局部效应更持久;③微泡振动幅度随微血管壁杨氏模量的增加而降低,近似线性反比关系;振动频率则随血管壁杨氏模量的增加而增加;④结果表明,微血管尺寸越小,对微泡振动频率和幅值的限制越强烈,超声激励频率的增大会使微泡振动频率增大、幅值减小;声压对微泡和血管振动的影响则相反。此外,研究首次发现,血管壁弹性与微泡振动幅度呈近似线性正相关,说明利用微泡测定血管壁弹性是可能的。