有限长管内包膜微泡在磁-声复合场作用下的振动行为*

史慧敏 胡静 王成会 凤飞龙 莫润阳

(陕西师范大学超声学重点实验室,西安 710119)

磁声作用下的包膜微泡在治疗应用中具有极其重要的意义.本文将包膜微泡置于充满磁流体的管中,考虑在磁声场作用下磁流体受到的磁压力,推导了微泡的径向振动方程;并用韦伯数、雷诺数等特征量对其动力学方程无量纲化;采用龙格库塔法分析了磁声场参数及磁流体特性对其振动行为的影响.结果表明,磁场会阻碍微泡塌缩并使其做稳定振荡.声场一定时,磁场能够稳定微泡的振荡,增大振荡微泡的平衡半径;磁场越强,磁流体磁化率χm 对微泡的振动影响越明显,χm 较大时微泡瞬态响应的非线性更强;较大的声场参数会增强振荡微泡对磁场的响应;而磁场越强,声参数对微泡振荡的影响越弱,且微泡瞬态响应非线性明显但稳态响应保持小振幅的往复振荡.可见,通过调控磁声场有利于实现微泡在血管内的稳定振荡并避免塌缩.

1 引言

微泡(microbubbles,MBs)的可压缩性使其在声场驱动下发生体积振荡,由此产生的声散射可用于增强超声图像中血管和周围组织之间的对比度[1].若声压足够强可导致微泡崩溃及膜层材料分散,若在膜层上耦合治疗分子或药物颗粒,则可通过超声无创触发治疗药物释放[2].MBs 和超声(ultrasound,US)是临床诊断成像的常规手段,两者结合在抗癌、溶栓等疾病治疗及药物递送等领域的应用正在得到积极地研究[3-5].为减少系统用药的潜在副……