半球形高强度聚焦超声相控换能器的数值仿真研究

发布时间：2022-09-17 12:52

　　高强度聚焦超声（High Intensity Focused Ultrasound,HIFU）肿瘤治疗技术以其非侵入性、无毒副作用和可重复施治等特性已成功应用于子宫肌瘤、乳腺癌、前列腺癌和肝癌等实体软组织肿瘤的临床治疗,但对于有颅骨包裹的脑肿瘤治疗而言,由于颅骨的非均质性结构及其与周围脑组织声学特性差异较大,声波在经颅传播时发生相位畸变和幅值衰减,导致颅骨处能量沉积而损伤颅骨及周边组织、焦域处能量不足而无法致死病变组织等临床问题的发生。近些年研发的大开口半球形相控换能器可使超声辐照颅骨表面面积最大化,可降低颅骨中的热沉积,并成为众多研究者关注的热点之一。研究目的HIFU经颅脑肿瘤治疗中,相控换能器是核心部件,换能器结构和工作参数直接影响形成焦域的声压场和温度场分布,研究其结构设计和调控方法有利于实现无创、精准、有效的HIFU经颅脑肿瘤治疗。本文通过对小开口换能器的结构和工作参数的设计,数值仿真研究其形成温度场的变化规律来设计HIFU经颅治疗用大开口半球形相控换能器,并对其形成声压场和温度场特性进行数值仿真研究;通过选择大开口换能器的全部或部分阵元激励的方法,研究具有小开口和大开口半球形... 

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
Abstract
缩略语
前言
    研究背景
    研究目的
    研究内容
一、数值仿真方法及基本方程式
    1.1 时域有限差分法
    1.2 超声波非线性传播方程式
        1.2.1 Westervelt声波方程式
        1.2.2 FDTD中心差分方程式
        1.2.3 声压场边界处理
    1.3 Pennes生物热传导方程式
        1.3.1 微分方程式
        1.3.2 中心差分方程式
        1.3.3 温度场边界处理
    1.4 时域有限差分法的稳定条件
二、小开口换能器的数值仿真
    2.1 小开口换能器的设计
    2.2 数值仿真模型与仿真参数
        2.2.1 数值仿真模型
        2.2.2 数值仿真参数
    2.3 阵元激励信号的获取
    2.4 数值仿真结果
        2.4.1 阵元激励信号
        2.4.2 频率的影响
        2.4.3 换能器结构参数的影响
三、大开口换能器的数值仿真
    3.1 大开口换能器的设计
    3.2 大开口换能器数值仿真模型与仿真参数
        3.2.1 大开口换能器数值仿真模型
        3.2.2 经头颅数值仿真参数
    3.3 大开口换能器数值仿真结果
        3.3.1 大开口换能器阵元激励信号
        3.3.2 大开口换能器聚焦温度场
        3.3.3 x轴方向的调控
        3.3.4 y轴方向的调控
        3.3.5 z轴方向的调控
        3.3.6 部分阵元聚焦
四、结论与讨论
    4.1 结论
    4.2 讨论
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
综述 HIFU经颅治疗脑肿瘤的研究进展
    综述参考文献
附表
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于时间反转法的相控换能器声场的仿真研究[J]. 韩珍珍,丁鑫,罗明艳,菅喜岐.  应用声学. 2015(04)
[2]64阵元高强度聚焦超声相控换能器的仿真研究[J]. 周文征,王意喆,张千,薛凡凡,菅喜岐.  压电与声光. 2014(03)
[3]线形超声相控换能器阵列的参数优化[J]. 黄晶,周社育,阙沛文.  压电与声光. 2010(01)
[4]超声相控阵声束控制特性分析[J]. 万敏,王海涛,程继隆,沈立军,田贵云.  无损检测. 2009(11)
[5]高强度聚焦超声换能器温度场的数值仿真[J]. 孙武军,张弥左,李文龙,尹军刚,李智华,菅喜岐.  生物物理学报. 2009(05)
[6]超声消融剂量与生物学焦域特征[J]. 贺雪梅,熊欣,邹建中,李发琪,龚晓波.  中国医科大学学报. 2009(09)
[7]国内HIFU（高强度聚焦超声）十年发展述评——回顾、展望与希冀[J]. 牛凤岐,程洋,朱承纲.  中国医疗器械信息. 2009(05)
[8]高强度聚焦超声（HIFU）治疗肿瘤原理及临床应用现状[J]. 熊六林.  中国医疗器械信息. 2009(03)
[9]环形相控阵换能器辐射和反射声场[J]. 赖溥祥,张碧星,汪承灏.  声学学报. 2007(03)
[10]高强度聚焦超声“切除”组织的剂量学研究[J]. 李发琪,王智彪,杜永洪,马平,白晋,伍烽,冯若.  生物医学工程学杂志. 2006(04)



本文编号：3679258