近日，上海科技大学生物医学工程学院程冰冰课题组在声学领域期刊Ultrasonics Sonochemistry上发表了题为“Microbubble-enhanced transcranial MR-guided focused ultrasound brain hyperthermia: heating mechanism investigation using finite element method“的研究论文，深入探究了课题组此前研发的一种针对脑肿瘤的聚焦超声药物递送新方法的物理机制。
脑肿瘤是全球重大健康问题，具有致死率高、难以治愈的特点。药物治疗是脑肿瘤重要治疗手段之一，然而，血脑屏障严重阻碍了药物入脑，大大限制了其治疗效果。此前，课题组研发了一种针对脑肿瘤的新型药物递送技术——微泡增强的磁共振引导经颅聚焦超声温热疗法。该技术可同时实现脑部靶向温热疗法和血脑屏障开放，增强脑部药物靶向递送的安全性和有效性，具有临床转化前景。然而，该新型药物递送技术中微泡增强聚焦超声加热效率的物理机制尚不明确。
微泡增强的磁共振引导经颅聚焦超声温热疗法原理图
在本工作中，研究团队利用声学波动方程、微泡声发射方程、微泡动力学方程和生物传热方程构建了微泡增强经颅聚焦超声温热疗法的有限元数值仿真模型。模型精确仿真了微泡增强经颅聚焦超声温热疗法的过程。研究通过数值计算阐明了微泡增强聚焦超声温热疗法组织加热效率的物理机制主要包括微泡声发射和粘性耗散。同时还观察到在加热过程中微泡附近存在可能会引起组织损伤的局部高温，并提出了避免局部高温的潜在解决方案。本工作初步探索并量化了微泡增强经颅聚焦超声温热疗法的升温物理机制，为该技术未来的临床转化提供了切实可靠的理论依据。
上海科技大学生医工学院博士研究生徐洲阳为论文的第一作者，程冰冰教授为通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。加拿大卡尔加里大学为论文的合作单位。
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