定义
声滴汽化（ADV）是利用超声辐照使过热液滴的液相核发生相变汽化变为微泡（MBs）的过程。过热液滴的液相核通常由全氟化碳或卤化碳构成，外壳由表面活性剂、蛋白质或脂质组成[1]。
有两个主要的假设可以解释超声波引起汽化的机理。有人提出，超声波场与分散的介质相互作用，从而在核中引起汽化。另一个观点是在液滴附近或内部发生的惯性空化引起的冲击波会导致分散的介质蒸发[2]。
发展历史
声滴汽化（ADV）现象实在20世纪 90年代被发现的[3]，是由于超声波压力变化而使过热液体变成气体的物理过程。ADV发生后，液核微胶囊可转化为气核MBs，充当超声造影剂。ADV产生的微泡的振荡会导致声场散射，可以由接收换能器检测到。在低压下，振荡是线性的。然而，在大多数医疗应用中使用的压力振幅下，MB响应是非线性的。进一步增加声压将导致为微泡破坏和释放气体含量和/或治疗有效载荷但是，MB响应在大多数医疗应用中使用的压力振幅下是非线性的。声压的进一步增加导致气泡爆破，气体或有治疗作用的有效载荷释放。
图 1 相变造影剂的制造过程采用“ condesation”方法。具有气体含量的胶囊暴露于降低的温度和增加的环境压力下，迫使芯材料相转变成液体。全氟化碳核过热，因此纳米液滴将保持稳定。超声波暴露后，或者如果温度明显升高到沸点以上，则芯将经历相变回到气体的过程[4] 。
声滴汽化的激活
1、气泡设计对激活期间气泡动力学的影响
ADV是一种复杂的现象，其中许多不同的参数会影响相变的进程。为了能够开发出安全有效的超声脉冲序列用于液滴蒸发，了解这一过程是如何发展的至关重要。一个有趣的问题是确定初始成核点的位置。Li等人的研究[5]表明，在声参数为7.5 MHz和3-15周期PNP单脉冲下，气体成核位置始终位于液滴内部。在超声传播方向上，偶尔会在初始位点形成后不久出现第二个成核位点，这与该领域的既往研究一致[6,7]。需要进一步的研究来证明这是否适用于低沸点全氟化碳和较低的声波频率。
液滴的结构及其组成已被证明会影响蒸发事件。具有低沸点PFC核心的液滴表现出复杂的行为。已经表明，在短时间汽化后，它们会经历过度膨胀，随后发生阻尼振荡，直到达到最终直径。由于几乎没有理论模型能够令人满意的预测此行为，因此当需要优化传感器参数时，这将成为一个障碍。Doinikov等 [8]为了解决该问题，提出了一个考虑了更多过去被过度简化的参数的新模型，并与八氟丙烷(OFP)和不同大小的DFB液滴的实验结果进行比较。发现当OFP和DFB液滴暴露在500 kPa、8 MHz、2循环脉冲下时，理论和实验结果之间的误差都非常低。当全氟戊烷（PFP）液滴暴露于六周期、3.5 MHz和4.5 MPa的脉冲时，得到了最大的误差，并推测这种不准确性是由于气体的存在分数在驱动脉冲的初始蒸汽泡模型中没有考虑。
由于过度膨胀和阻尼振荡，具有高挥发性核的液滴产生一种独特的声音信号，可以与MB造影剂区分开来[9]。
除了核材料之外，壳对微泡动力学也有实质性影响。Reznik等 [10]观察到，由于粘弹性壳材料的存在，涂层的平面波产生的微泡的声学行为不同于未涂层的微泡。此外，粘弹性材料的类型影响液滴效率。由于存在粘弹性壳材料，由ADV产生的涂层气泡的声学行为与未涂层的气泡不同。此外，粘弹性材料的类型会影响液滴效率。脂质包裹的微泡由于壳的屈曲而显示出压缩但几乎不膨胀[11]，而在共振尺寸以下的含氟表面活性剂包裹的微泡则优选以膨胀为主导的振荡[10]。
2、热物理效应对声滴汽化效率的影响
除了液滴特性和ADV在应用区域的有效性之外， ADV的物理性质和声学表征是汽化引发的基本参数。这部分与声波物理学有关，意味着ADV主要取决于超声压力，频率和温度。Miles 等[12]试图找到一种称为ADV阈值的附加负压，这是诱导成核所必需的。通过对不同频率和直径的可压缩无粘流的微扰分析，他们成功地证明了在液滴周围形成核所需的负压是可以确定的。该模型仅适用于液滴内外区压力差不太大的情况。此外，ADV阈值很大程度上取决于传感器的形状和聚焦工作条件、横向非线性扩散和液滴组成。
3、周围介质对声滴汽化效率的影响
由液滴乳状液和周围流体组成的流体介质在ADV内构成了一个重要的场。在这方面，有许多研究表明，受到声波影响的液滴直径显着膨胀了5到6倍[13]。一旦溶解的气体扩散到液滴中或从液滴中扩散出来，一旦液滴经历了水性液体的乳化，膨胀率就会增加。Radhakrishnan等人的[14]研究了添加ADV前后磷酸盐缓冲盐水(PBS)溶解氧含量的变化，尽管先前的研究支持了ADV导致溶解氧减少的观点，但是，研究表明，在ADV期间蒸发的液滴是影响气体清除的最重要的颗粒。
在现实应用中，血液和液滴浓度的流体特性以及声学参数对于使ADV产生微泡的概率最大化和损害最小化至关重要。Kang等人[15]表明，由于血浆粘度较高，血浆中ADV产生的气泡尺寸要比PBS中的小。影响气泡大小和数量的声学特性主要是脉冲宽度和脉冲重复频率(PRF)。进一步的研究可能会证实，在体内，声波和气流对气泡特性的影响是相同的。
参考文献
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Acoustic_droplet_vaporization
[2] Kripfgans, Oliver D., et al. “On the acoustic vaporization of micrometer-sized droplets.” The Journal of the Acoustical Society of America 116.1 (2004): 272-281.
[3] Loskutova, Ksenia, Dmitry Grishenkov, and Morteza Ghorbani. “Review on Acoustic Droplet Vaporization in Ultrasound Diagnostics and Therapeutics.” BioMed Research International 2019 (2019).
[4] Sheeran P S , Luois S , Dayton P A , et al. Formulation and Acoustic Studies of a New Phase-Shift Agent for Diagnostic and Therapeutic Ultrasound[J]. Langmuir, 2011, 27(17):10412-10420.
[5] Li D S , Kripfgans O D , Fabiilli M L , et al. Initial nucleation site formation due to acoustic droplet vaporization[J]. Applied Physics Letters, 2014, 104(6):063703.1-063703.4.
[6] Kripfgans O D , Fabiilli M L , Carson P L , et al. On the acoustic vaporization of micrometer-sized droplets[J]. Journal of the Acoustical Society of America, 2004, 116(1):272-281.
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[8] Doinikov, Alexander A., et al. “Vaporization dynamics of volatile perfluorocarbon droplets: a theoretical model and in vitro validation.” Medical physics 41.10 (2014): 102901.
[9] Sheeran, Paul S, Matsunaga, Terry O, Dayton, Paul A. Phase change events of volatile liquid perfluorocarbon contrast agents produce unique acoustic signatures[J]. Physics in Medicine & Biology, 2014, 59(2):379-401.
[10] Reznik, Nikita, et al. “On the acoustic properties of vaporized submicron perfluorocarbon droplets.” Ultrasound in medicine & biology 40.6 (2014): 1379-1384.
[11] N. de Jong, M. Emmer, C. T. Chin et al., “’Compression-Only’ behavior of phospholipid-coated contrast bubbles,” Ultrasound in Medicine & Biology, vol. 33, no. 4, pp. 653–656, 2007.
[12] Christopher, J, Miles, et al. Nucleation pressure threshold in acoustic droplet vaporization[J]. Journal of Applied Physics, 2016.
[13] Sheeran, Paul S., et al. “Decafluorobutane as a phase-change contrast agent for low-energy extravascular ultrasonic imaging.” Ultrasound in medicine & biology 37.9 (2011): 1518-1530.
[14] Radhakrishnan, Kirthi, Holland, Christy K, Haworth, Kevin J. Scavenging dissolved oxygen via acoustic droplet vaporization[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2016, 31:394-403.
[15] S.-T. Kang, Y.-L. Huang, and C.-K. Yeh, “Characterization of acoustic droplet vaporization for control of bubble generation under flow conditions,” Ultrasound in Medicine & Biology, vol. 40, no. 3, pp. 551–561, 2014.
