造影剂微泡的转归

第二节　造影剂微泡的转归

含有气体的微泡剂在声场内产生压缩和膨胀的过程，不断将声能逐次存储入微泡中，当微泡达到一定强度时，可导致微泡破裂，甚至崩裂，瞬间释放出光、微波、机械等大量能量，包括生成强大的微射流和冲击波，使周围组织遭到破坏，这就是所说的超声去空化效应。

超声微泡崩溃时将形成局部的高温高压、放电和声致发光等，不仅可使微血管破裂、内皮细胞间隙增宽，还可损伤细胞膜，使细胞膜产生微小的声孔，导致细胞膜的通透性大大增加。通常情况下，生物体体液内的空化核（液体中存在的微小气泡）的浓度很低，产生空化效应需用高强度超声辐射，在有效杀灭靶细胞的同时也会造成周围组织的损伤，选择性低，损伤大。通过试验研究表明：在组织中含有微泡剂时，只有选用恰当的低频率超声诱导才可产生单纯高剂量超声导致诱导的击破效应，同时可减少对周围组织的损伤。

近年来，以超声击破效应为基础的微泡生物学效应研究中发现，目的基因通过表面黏附或内部包裹的方式与微泡结合，然后通过超声介导在靶细胞或组织中，由微泡靶向传输基因或药物。击破效应使得液体中存在的微小气泡在超声场负压相半周期迅速膨胀，而在正压相半周期急剧收缩直至内爆。气泡在由急剧收缩到爆裂的过程中，周围液体突然冲入气泡而产生高温、高压，同时产生激波并吸收大量声能，集中释放在极小的区域，因而产生了局部高温高压现象。Hallow等学者证明击破效应释放出强大的声能，引发多种生物效应，造成声孔形成。胞膜出现暂时且可逆的小孔，使细胞外大分子能够得以进入细胞的现象称为声孔效应（sonoporation）。声孔效应可能是基因成功转染的基础。

声孔效应的核心是空化微泡的动力学特性的研究，为此，可搭建整套实验系统来进行研究，实验系统一般包括声场激励、光干涉声场检测和Mie散射微泡动态半径检测和数据采集四个部分。首先可利用球形谐振腔产生的球面驻波声场将单个造影剂微泡约束在尺度远大于微泡粒径的谐振腔的中心，使其在确定的时空位置上稳态空化以进行超声造影剂微泡空化的参数空间实验测量；其次，利用迈克尔逊干涉仪和压光效应测量光干涉条纹以确定微泡悬浮处的激励声压；再次，可利用迈克尔逊干涉仪的测量光束同时测量了无壳和有壳微泡的80°Mie散射光和前向小角度（30°～50°）散射光，根据小角度散射光中干涉条纹的数目和位置可以直接计算半径变化量的绝对值，并与从80°的散射光信号拟合出的R（t）和v（t）曲线相比较可得到精确的造影剂微泡的空化特性。对自由空气泡、CO₂泡和带清蛋白壳的全氟丙烷的实验测量结果表明：无壳的空气泡、CO₂泡和带清蛋白壳的全氟丙烷造影剂微泡在稳态空化时都呈强非线性运动，每周期内都经历膨胀、压缩和回弹阶段，与理论计算相符。