HIFU经颅聚焦剪切波及驻波对焦域影响的数值仿真研究

发布时间：2022-04-25 18:03

　　脑肿瘤为严重危害人类健康的前十位恶性肿瘤,目前其主要疗法为外科手术切除、放疗和化疗,这些疗法均存在对正常组织损伤的问题。近年兴起的高强度聚焦超声（High Intensity Focused Ultrasound,HIFU）是一种将超声波聚焦在病变组织上,利用超声波的热效应、空化效应和机械效应等致死病变组织的治疗方法,该疗法具有非侵入性、无电离伤害、可重复施治等特点,现已成为研究热点之一,目前已经应用于子宫肌瘤、前列腺癌、乳腺癌、胰腺癌等临床治疗,在神经刺激、运动障碍和胶质瘤等脑部神经系统疾病方面的治疗也开始临床试验。但由于颅骨的非均质结构及组织特性,在HIFU经颅治疗时,颅骨内超声波的传播既有纵波又有剪切波,同时由于颅骨与周围软组织的声学特性差异较大,在HIFU经颅传播时,超声波在颅骨处会产生反射和折射,导致相位偏移和幅值衰减,从而引发散焦、移位和驻波等物理现象,进而出现焦点能量不足、焦域偏移、头皮烫伤、正常脑组织伤害等临床治疗问题,急需深入研究解决。本文基于志愿者人体头颅CT数据和256阵元相控换能器结构参数,建立数值仿真模型,采用选择基底部分阵元激励的方法改变聚焦角度,研究换能器... 

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
Abstract
缩略语
一、前言
    1.1 研究背景
    1.2 研究目的
    1.3 研究内容
二、数值仿真方法及基本方程式
    2.1 时域有限差分法
    2.2 软组织和水中超声波传播基本方程式
        2.2.1 Westervelt声波方程式
        2.2.2 FDTD中心差分方程式
        2.2.3 声压场边界处理
    2.3 骨组织内超声波传播基本方程式
        2.3.1 动量方程与质量守恒方程
        2.3.2 FDTD中心差分方程式
    2.4 Pennes生物热传导方程式
        2.4.1 微分方程式
        2.4.2 FDTD中心差分方程式
        2.4.3 温度场边界处理
    2.5 时域有限差分法的稳定条件
三、剪切波的影响
    3.1 数值仿真模型与仿真参数
        3.1.1 数值仿真模型
        3.1.2 数值仿真参数
    3.2 阵元激励信号
    3.3 数值仿真结果
        3.3.1 剪切波的影响
        3.3.2 聚焦角度的影响
        3.3.3 聚焦角度与焦域面积的相关性
    3.4 小结
四、驻波的影响
    4.1 数值仿真模型与仿真参数
        4.1.1 数值仿真模型
        4.1.2 志愿者及数值仿真参数
    4.2 阵元激励信号
    4.3 数值仿真结果
        4.3.1 驻波的影响
        4.3.2 驻波与颅骨结构参数的相关性
    4.4 小结
五、结论
    5.1 结论
    5.2 讨论
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
综述 HIFU相控超声换能器的现状及其研究进展
    综述参考文献
附表
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]剪切波对时间反转调相的经颅聚焦超声的影响[J]. 王祥达,苏畅,林伟军,王秀明.  应用声学. 2018(03)
[2]压电陶瓷材料发展概况[J]. 胡鸿,罗凯,王甜,王勇,梁晓丽.  信息记录材料. 2016(04)
[3]典型活塞换能器声场分布及其指向性[J]. 张明,宋蕊,江雨春,冯怡斯.  解放军理工大学学报(自然科学版). 2014(05)
[4]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)
[5]超磁致伸缩材料发展及其应用现状研究[J]. 邬义杰.  机电工程. 2004(04)
[6]矩形活塞声源辐射声场研究[J]. 李锦,林书玉.  陕西师范大学学报(自然科学版). 2003(01)



本文编号：3648076