聚焦超声治疗剂量预测系统的建立—声场与生物传热模型的优化

发布时间：2021-01-04 15:14

　　研究背景:高强度聚焦超声（High intensity focused ultrasound,HIFU）作为一种新兴的非侵入性治疗技术,其原理为通过一定的聚焦方式将体外低能量的超声波束聚焦到体内形成具有一定大小的高能量焦点,借助热效应、空化效应和机械效应使焦域组织温度瞬间升高至65℃以上,焦点产生不可逆性凝固性坏死且不损伤周围正常组织。目前HIFU已经应用于乳腺癌、肝癌、胰腺癌、子宫肌瘤和肾脏肿瘤等各类良恶性实体肿瘤的临床治疗,展示了较高的安全性和有效性[1-3]。利用HIFU进行消融治疗,在保证安全性的前提下,可达到较好的消融效果,但临床治疗目前主要依赖于医生的经验投放辐照剂量[4]。因此,HIFU治疗过程中剂量投放仍然是一个待解决的关键科学问题。声传播与生物传热模型是建立HIFU治疗剂量系统的重要组成部分。仍然需要进一步深入研究。本研究着眼于HIFU临床剂量投放预测的科学问题,通过对聚焦超声焦域处的瞬态声传播以及生物传热相关机制进行探索性研究,以期对声场进行优化为临床治疗选择合适张角换能器提供指导,优化HIFU辐照过程中的声传播和生物传热模型,为临床治疗剂量预测系统建立提供参考依据... 

【文章来源】：重庆医科大学重庆市

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

实验系统框图

ML(mV/Mpa)为水听器自由场中光纤末端有载电压灵敏度。三维运动装置分别沿 x, y, z 三轴移动水听器，可以得到整个声场内的任意一点声压分布情况。（a）水听器固定在三维运动系统装置上，测量系统的输出端连接高速数据采集卡，利用声场测试软件（重庆海扶医疗科技股份有限研发）记录扫描声压数据，换能器通过实验室标准功放激励。（b）定位声焦点：根据几何焦点大致位置估计焦点坐标，将光纤水听器移至该位置。通过粗调和微调，分别扫描 x、y、z 轴，找到空间内声压幅值最大点的位置，就是声焦点所在坐标位置；（c）声轴扫描：将水听器移动至声焦点的位置，固定 y、z 轴坐标保持不动，同时设置 x 轴扫描的范围，并记录输出的电信号；同样分别设置 y 轴和 z 轴扫描的范围。即可绘制出各个声轴方向上位移与声压分布的关系曲线，也可表示为换能器声轴上的声压分布，同理，通过固定 x 轴，设定另外两轴运动范围进行二维声场的扫描。

图 1.3 纹影拍摄系统Fig. 1.3 The schlieren system结果扫描及声场扫面率 664.2kHz，激励电压 30mV 条件下，以步进为 0.05mm 进行轴扫描结果如图 1.4，1.5，1.6。其中，对于张角分别为 90 °, 120 °的换能器，其声轴长轴分别为 2.38λ、2.02λ、1.57λ、1.0λ、0 0.85λ、0.71λ、0.59λ、0.54λ、0.52λ；-6dB 声焦域分别为 3.47λ2、λ2、0.48λ2，对应线性声场仿真结果 3.69λ2、2.69λ2、1.77λ2、1.1λ2、致，换能器开口角度越大，-6dB 轴向焦域面积减小，焦域形状“圆形”。随着开口角度的增加，声轴，声焦域均呈现减小趋势

【参考文献】：
期刊论文
[1]高强度聚焦超声治疗中热波效应和声热耦合研究进展[J]. 李非,罗曼,李发琪,黄浩然,陈宗桂,冉剑波.  中国医学物理学杂志. 2016(05)
[2]层状生物组织中的HIFU声焦域研究[J]. 周玉禄,程建政,张德俊.  中国超声医学杂志. 2007(10)
[3]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)
[4]凹球面HIFU换能器声焦域的位置和形状[J]. 毛彦欣,程建政,张德俊.  中国超声医学杂志. 2004(07)
[5]高强度聚焦超声的生物学焦域研究[J]. 王智彪,白晋,李发琪,杜永洪,文爽,胡凯,许贵华,马平,陈文直,伍烽.  自然科学进展. 2002(04)
[6]猪的新鲜离体软组织的超声衰减和速度[J]. 冯若,陈兆华,朱正亚,戴焕平.  声学学报. 1985(05)

博士论文
[1]高强度聚焦超声非线性声场和组织损伤形成的扫描模式比较研究[D]. 范庭波.南京大学 2012

硕士论文
[1]聚焦声场中的多泡分布及声致发光研究[D]. 李非.重庆医科大学 2016
[2]频率对高强度聚焦超声在层状生物组织中形成损伤的影响研究[D]. 李兴.重庆医科大学 2015



本文编号：2956980