超声波场中造影剂包膜气泡的界面稳定性研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11302128
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0904.水动力学
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Encapsulated bubbles are widely used in medical ultrasound applications, e.g. ultrasound perfusion imaging. The stability of the encapsulating membrane exposed in an ultrasound field is of importance in the ultrasound contrast agents. The deformation induced by the ultrasonic pressure wave may lead to the break-up of a bubble, and thereby shorten the residence time of contrast agents. Most of the existing studies on the stability of the encapsulated bubble were confined to the single-bubble model, while the previous studies on the stability of the bubbles mainly focused on gas bubbles without encapsulating membranes. The objective of this study is to establish an analytical model of the stabilities of multi-bubbles encapsulated with viscoelastic membranes under the viscous and compressible ultrasound field. In the theoretical study, we will utilize the homogenization methods to investigate the nonlinear resonance relationship among the zeroth-order (the radial motion), the first-order (the translation motion) and the higher-order (the shape deformation) oscillations, and their resonance interactions with the driving ultrasound, respectively. Accordingly, we will obtain the conditions under which the surface of the encapsulated bubbles would become unstable. The parameters of the ultrasound, such as the frequency and amplitude, and the encapsulating membrane, such as the moduli of elasticity and bending, are of our interest. In the numerical study, we will adopt the immersed boundary methods to capture the shapes of the bubbles precisely. The ultrasound field is represented by the flow field with pressure waves, compressibility and viscosity. We will simulate the coupling developments of different shape modes subjected to the ultrasonic pressure wave. In this way, we can investigate the nonlinear transformation among different oscillatory modes. The influences of the translations and shape oscillations of the surrounding bubbles, the effects of the blood vessels, and the role of the viscous boundary layer out of the encapsulated bubble interface on the stability of membrane will be discussed. The theoretical analysis and numerical simulation will become auxiliary means for improving the quality of imaging through controlling the parameters of encapsulating membranes and ultrasound. The study of the stability of encapsulted bubbles will provide instruction in the preparation of ultrasound contrast agents and the improvement of ultrasound perfusion imaging technique.
造影剂包膜气泡的界面稳定性是决定超声灌注成像质量的关键。目前对包膜气泡稳定性的研究多局限于单个气泡模型,而对气泡群的稳定性研究多局限于一般的无包膜气泡。本研究拟建立多个粘弹性包膜气泡与超声波粘性可压缩流场相耦合的稳定性分析平台。运用多时间尺度的理论分析方法,研究零阶(径向振动)、一阶(平移运动)和高阶(形状振动)各阶模态之间的非线性共振关系,结合外加超声波的频率、强度、波形等参数,得出包膜气泡界面不稳定产生的条件。运用基于浸入边界法的流固耦合数值模拟程序实现对包膜气泡界面的捕捉,模拟真实超声波场中气泡各阶模态的非线性发展过程,讨论气泡群中周围气泡的相对平移运动、形状振动及血管壁的受限环境对界面稳定性的干扰作用,分析流场粘性对稳定性的影响。本项目为通过控制包膜和超声波的物理参数以提高成像效率的方法提供科学依据,对超声造影剂的制备和超声灌注成像技术的完善具有指导意义。

结项摘要

造影剂包膜气泡的界面稳定性是决定超声灌注成像质量的关键。本项目建立超声造影剂包膜气泡在超声波流场中的界面稳定性分析平台。基于水动力和粘弹性应力相耦合的力学模型,建立包膜气泡在粘性流场中的动力学方程,推导出各阶模态共振频率的数学表达式,明确粘性对共振频率的重要影响,得到零阶(径向振动)、一阶(平移运动)和高阶(形状振动)各阶模态之间的共振关系和发生界面不稳定的条件,并通过膜的应力特征判断气泡界面易于破裂的薄弱点。研究超声波的频率、波形、强度等参数对包膜气泡界面稳定性的影响,发现在超声波的双频激励下,造影剂气泡可产生更丰富的高阶谐振,并且更有助于维持气泡界面的稳定性,分析其原因在于双频激励在基频上激发的散射强度明显低于单频激励,由此可认为双频激励较之单频激励在提高超声成像的质量和延长超声造影时间上更具优势。建立双包膜气泡的动力学模型,模型通过了实验和经典Bjerknes理论的验证,模型可有效分析出包膜气泡在相互作用过程中的平移运动特征、阻力特征和界面形变特征。本项目的研究为有针对性的调节包膜的弹性、粘性等参数和超声波的频率、波形、强度等参数,提高超声成像效率提供科学依据。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(0)
On the interaction of two encapsulated bubbles in an ultrasound field
超声场中两个封装气泡的相互作用
  • DOI:
    10.1017/jfm.2016.525
  • 发表时间:
    2016-08
  • 期刊:
    Journal of Fluid Mechanics
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Yunqiao Liu;Kazuyasu Sugiyama;Shu Takagi
  • 通讯作者:
    Shu Takagi
Stability and natural frequency of nonspherical mode of an encapsulated microbubble in a viscous liquid
粘性液体中封装微泡的非球形模式的稳定性和固有频率
  • DOI:
    10.1063/1.4952583
  • 发表时间:
    2016-06
  • 期刊:
    Physics of Fluids
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Yunqiao Liu;Qianxi Wang
  • 通讯作者:
    Qianxi Wang

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其他文献

红细胞对血小板粘附行为的影响
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    龚晓波
Spindt 型与薄膜场致发射的数值
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    詹杰民
红细胞力学性能对血管狭窄处血小板聚集影响的数值分析
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    10.16076/j.cnki.cjhd.2015.06.004
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 通讯作者:
    王本龙

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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