消化檢查用的超聲耦合劑制備及 對超聲傳播的影響

林潔

摘 要：實驗在傳統超聲耦合劑的制備基礎上，對其配方進行優化。同時對優化配方制備的超聲耦合劑聲學性質的影響因素進行探索。結果表明：當單體質量濃度為70 g/L，單體與交聯劑的比例為7∶1時，制備的超聲耦合劑性能較佳，超聲耦合劑的相對幅值隨超聲波信號頻率變化較小，且具有一定的保水能力和溶脹率，表現出相對穩定的聲學性質和最優成像效果。

關鍵詞：聚丙烯酰胺;超聲耦合劑;超聲成像;聲學性質;消化內科

中圖分類號：TQ050 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2022）05-0036-04

Preparation of an ultrasonic coupling agent and its effect on ultrasonic propagation

Abstract： In the study ， the ultrasonic coupling agent has been used for a period of time， resulting in the dent of the probe and affecting the quality of the ultrasonic imaging. The optimization of the synthesis conditions of the ultrasonic coupling agent polyacrylamide hydrogel is proposed， and the influencing factors on the acoustic properties are explored. The results showed that the best synthesis conditions of ultrasonic coupling agent polyacrylamide hydrogel were as follows： the monomer concentration of polyacrylamide was 70 g/L ， and the best mass ratio of monomer to crosslinking agent and N， N- methylene bis acrylamide was 7∶1 for preparing altrasonic complant. Under these conditions， the polyacrylamide hydrogel has elatively small amplitude relative to ultrasonic frequency， stable water retention capacity and swelling rate， showing relatively stable acoustic properties and optimal imaging effect.

Key words： polyacrylamide;ultrasonic couplant;ultrasonic imaging;acoustic properties

超聲成像技術是消化內科臨床診斷中應用較為廣泛的一種輔助工具，具有無損傷，操作簡單和成本較低的特點。超聲耦合劑是用于探頭與人體接觸點連接的輔助物，能夠讓探頭與人體皮膚更加緊密貼合，能有效減少超聲探頭與人體皮膚間的聲阻抗差。超聲耦合劑還對超聲探頭的使用壽命和成像效果產生很大影響。但受目前生產工藝影響，現在的超聲耦合劑配方存在一定缺陷，使得制備的超聲耦合劑在使用一段時間以后，造成超聲探頭凹陷，對超聲成像質量產生很大的影響。因此，對超聲耦合劑進行優化是目前較為重要的一項研究。針對以上問題，我國很多專家也進行了一系列研究，如黃劍文等人從合成工藝出發，優化了超聲耦合劑的配方[1]。但黃劍文的研究并未對超聲耦合劑聚丙烯酰胺水凝膠的聲學性質進行更多的探討，基于此，本文在黃劍文的研究基礎上，探究了優化配方的超聲耦合劑聚丙烯酰胺對超聲傳播的影響規律。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

本試驗主要材料：無水乙醇，山東慶億鑫化工科技有限公司，AR;四甲基乙二胺，艾特山東新材料有限公司，CP;丙烯酰胺，河南澤雨環?？萍加邢薰?，AR;N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺，山東旺升新材料科技有限公司，AR;過硫酸鉀，山東國化化學有限公司，CP;1，2-丙二醇，南通潤豐石油化工有限公司，CP。

本試驗主要設備：電子天平，冠森生物科技（上海）有限公司，YP102N;移液槍，杭州雷琪實驗器材有限公司，F3;真空干燥箱，上海儀天科學儀器有限公司，DZF-6021;旋渦振蕩器，冠森生物科技（上海）有限公司，XH-B。

1.2 試驗方法

1.2.1 聚丙烯酰胺水凝膠的合成及優化

（1）在250 mL容量瓶內放入12.5 mL 1，2-丙二醇，用純水進行定容，得到保濕劑溶液;

（2）在離心管內放入2.5 g丙烯酰胺單體，然后加入的30 mL配制好的基礎溶液，混合均勻后，加入66 μL四甲基乙二胺，振蕩混合均勻備用;

（3）在5 mL無水乙醇中溶入0.375 g N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺，混合均勻;

（4）在離心管內放入15 mL保濕劑溶液，加入0.025 mg過硫酸鉀，混合均勻;

（5）將步驟（3）和步驟（4）配制的溶液按一定比例混合均勻，然后將混合溶液用濾紙密封，同時密封步驟（2）溶液，將兩者置于真空干燥箱內抽氣20 min，最后將2種溶液混合均勻，用保鮮膜密封，重新放入真空干燥箱，在40 ℃的條件下反應3 h，得到聚丙烯酰胺水凝膠。聚丙烯水凝膠配比如表1所示，單體與交聯劑比例如表2所示[3-4]。

1.3 超聲回波信號的收集與分析方法

在醫學超聲診斷中，最常用的超聲波頻率為5.0～6.0 MHz[4-5]。因此，本試驗聲源選擇為5.0 MHz和10 MHz的超生信號。試驗中Model 5077 PR參數設置如表3所示。

2 結果與討論

2.1 水凝膠溶脹率測試結果

表4和圖1分別為溶脹率測試結果和聚丙烯酰胺水凝膠達到溶脹平衡的時間。結合表4和圖1可知，當單體與交聯劑質量比例不變，溶脹率和達到溶脹的時間內皆表現出緩慢增加的趨勢[6]。當單體與交聯劑比例為7∶1時，溶脹率最高，溶脹平衡所需時間最長。

2.2 聚丙烯酰胺水凝膠聲學性質隨單體與交聯 劑質量比變化

固定聚丙烯酰胺水凝膠單體質量濃度為50 g/L，改變單體與交聯劑比例，進而研究其比例的變化對水凝膠聲學性能的影響[7-8]。

2.2.1 超聲頻率5.0～6.0 MHz條件下水凝膠聲學性質 ? ? ?變化

表5為5.0～6.0 MHz不同單體與交聯劑比例的聚丙烯酰膠水凝膠首波幅值。

由表5可知，只有少部分比例條件下聲學性能不佳，大部分聲學性能皆表現良好。相對幅值均超過了0.7，基本集中在0.8～0.9。

2.2.2 超聲頻率10 MHz條件下水凝膠聲學性質變化

表6為10 MHz聚丙烯酰胺水凝膠首波幅值。

由表6知，在該條件下，聚丙烯酰胺水凝膠的相對幅值整體低于超聲頻率為5.0～6.0 MHz的相對幅值，數據基本集中在0.7～0.9，并未出現超過1的情況。

2.3 聚丙烯酰胺水凝膠聲學性質隨單體質量濃度 的變化

表7為單體質量濃度為70 g/L時，在超聲頻率為5～6 MHz的條件下，水凝膠相對幅值。

由表7可知，當單體濃度70 g/L較單體濃度為50 g/L時有所降低。由結論2.2可知，純水在10 MHz條件下首波幅值小于5.0～6.0 MHz，證實聚丙烯酰胺水凝膠聲學性質受單體質量濃度影響較大[9-10]。

圖2為相對幅值與交聯劑含量的關系。

由圖2可知，相對幅主要受檢測超聲信號的影響，且與其他因素關聯不大。當單體質量濃度為50 g/L時，5.0～6.0 MHz和10 MHz相對幅值變化趨勢接近，聚丙烯酰胺水凝膠的聲衰減系數隨聲衰系數的增加而增加。在單體濃度為70 g/L時，相對幅值降低，因此單體質量濃度為70 g/L。

3 結語

本文首先對傳統消化內科用的超聲波耦合劑的制備工藝進行優化，然后對該工藝下的超聲耦合劑的聲學性質進行研究。得到的具體結論：超聲耦合劑的優化配方為單體質量濃度為70 g/L，單體與交聯劑最佳比例為7∶1。在此配方下，水凝膠超聲耦合劑溶脹率穩定，擁有較強的保水能力，且超聲頻率變化，產生的相對幅值小，可以用于超聲檢測。聲衰減系數隨超聲聲源頻率的增加而增加，超聲耦合劑聲學因素主要受單體質量濃度影響。

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收稿日期：2021-11-05;修回日期：2022-03-30

作者簡介：林 潔（1985-），女，本科，護師，主要從事消化內科護理工作。