雙層組織中聚焦超聲聲、熱場分布及其物性分析.pdf

1、高強度聚焦超聲(HIFU, High-Intensity Focused Ultrasound)技術，作為一種腫瘤的無創(chuàng)治療技術，已成為醫(yī)學超聲領域的研究熱點。不論是對于腫瘤治療本身，還是對于制訂超聲治療設備安全性標準而言，計算聲場分布，進而給出熱場分布是非常重要的。換能器特性和生物組織特性是影響聲場的兩大方面因素。一般而言，通過對換能器表面進行瑞利(Rayleigh)積分，獲得聲場分布。出于簡化計算及提高計算速度的考慮，生物組織被假定

2、為單一、均勻組織，具有相同的聲物性和熱物性。計算過程中聲波在組織交界面發(fā)生的反射和折射被忽略。但是對于高強度聚焦超聲而言，其升溫快，為保證治療安全對聚焦精度要求高，計算聲場時，需要考慮聲波在不同組織界面發(fā)生的反射和折射，以制定有效的治療方案保證治療效果和安全性。有效治療區(qū)域及焦點的溫度測量是治療的關鍵因素。生物組織吸收聲能轉化為熱能，聲能量的分布是決定熱場分布的重要因素之一。除此之外，生物組織本身的熱物性，例如熱傳導系數(shù)、熱容也是決定熱

3、場分布的重要因素。雙層組織之間的熱物性差異會直接影響溫度的分布。與有損測溫、無損測溫相比，理論模擬計算測溫可以給出更多的信息，幫助術前治療計劃的制定，并且?guī)椭袛嘀委熯^程中溫度的分布。同時，能夠利用理論模擬計算分析生物組織本身熱物性對于溫度分布的影響。
　　 本文首先利用瑞利積分、偽逆矩陣算法計算單層組織聲場分布。在此基礎上，計算高強度聚焦超聲在雙層生物組織中的聲場分布。分析單焦點模式下雙層組織阻抗的差別引起的反射折射對聲場分布

4、的影響。
　　 其次，本文以聚焦超聲作為熱源，通過有限元法求解Pennes方程，建立單層生物組織模型，計算聲吸收系數(shù)對于熱能分布的影響。在此基礎上，計算雙層生物組織溫升，改變生物組織的熱傳導率及熱容，在焦點聚焦在模型不同位置情況下，分析其對溫度分布的影響。
　　 最后，本文利用實驗室自主設計開發(fā)的相控HIFU系統(tǒng)及水聽器法聲場測量系統(tǒng)進行離體組織實驗，通過實驗說明組織厚度、組織聲衰減系數(shù)及聲波在雙層組織界面發(fā)生的反射折射