医学微气泡在超声造影、定点送药、冲击波碎石等超声医学治疗技术中,已经得了到广泛应用,但气泡振动及破裂过程中容易引起病人的肾组织和心血管系统受损,造成严重的医疗事故。因此,开展医用气泡的约束振动研究,具有非常重要的理论意义和临床应用价值。本文运用流固耦合振动原理,借助流体力学计算方法,研究了医用气泡的非球对称振动特征,分析了微血管的动态响应机理。获得的主要创造性新成果有:(1)提出了超声造影剂的双层结构理论及其分析方法。为了使得造影剂既有优良的散射特征,又具有足够的可靠性,我们提出了双层壳型超声造影剂结构,并建立了双层壳的散射率-频率关系。利用所得到的散射率函数,计算并分析了外层壳的厚度、材料参数、粘性阻尼等对双层壳散射特征的影响。结果表明,恰当形式的软外层壳,能够极大地改善结构的散射特征。(2)根据体外实验所观察到的现象,提出了气泡的旋转椭球面假设,据此建立了约束气泡的非球对称振动模型。开展了约束气泡振动分析。计算发现,气泡的演化规律与流体的出入口边界条件和固体管壁的约束条件密切相关。管壁的约束会引起气泡振动时出现强烈的非对称效应,并导致内壁压力峰值显著增加,而这些在用Rayleigh-Plesset方程计算时被明显忽略和低估了。(3)建立了真实血管约束下的气泡-血液-管壁三相耦联动力学模型。考虑了管壁的惯性效应和柔性影响。计算结果表明,管壁越薄、环向刚度越大、初始血压越高,则气泡的非对称效应越强,管壁内的应力波动幅度也越大。因此老人、儿童和某些疾病病人(心血管病人、糖尿病人等)在超声波辅助治疗时危险性更高。(4)研究了血液粘性对约束气泡振动的影响,证明了气泡的非对称振动模态是造成管壁损伤的主要原因,并且发现沿环向撕裂是其主要破坏形式。(5)提出了双层微血管约束下的气泡动力学模型,并据此分析了气泡的非对称振动特征和壳壁应力的变化规律。计算发现,在气泡-血管耦合振动过程中,当内层壳的刚度增加时,尽管气泡的非对称振动效应以及流体对管壁的冲击幅度都变化不大,但是内膜层的环向应力却急剧增加。这一结果说明,血管硬化病人,在超声波碎石等治疗中,比正常人存在更大的风险。本文系统地建立了伪弹性微管约束下的气-液-固耦联动力学模型,深入研究了气泡的非对称振动特征、血液的粘性效应、管壁材料的性质以及尺寸等对管壁应力和变形的影响规律,证明了气泡的非对称振动模态是造成管壁损伤的主要原因,发现了沿环向撕裂是其主要的破坏形式。这些对于设计有效的预防措施,安全使用超声碎石技术和定点送药技术等具有非常重要的理论意义和应用价值。