高強(qiáng)度聚焦超聲治療聲場(chǎng)和溫度場(chǎng)控制方法研究.pdf

1、高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)治療目前已經(jīng)被成功地用于多種腫瘤治療之中。其原理是:運(yùn)用超聲換能器將聲能匯聚到生物體腫瘤所在區(qū)域，通過各種效應(yīng)，尤其是熱效應(yīng)，使該區(qū)域腫瘤細(xì)胞發(fā)生蛋白質(zhì)變性，且盡可能不損傷周邊正常組織，從而達(dá)到治療目的。在臨床應(yīng)用中，由于延時(shí)、超調(diào)、振蕩、用時(shí)過長(zhǎng)等原因，皮膚燒傷、鈣化、治療不徹底、神經(jīng)損傷等問題時(shí)有出現(xiàn)，因此治療目標(biāo)區(qū)域的聲強(qiáng)和溫度控制非常重要。
　　本文以生物熱傳導(dǎo)模型為基礎(chǔ)，對(duì)不同換能器在生物組織中

2、產(chǎn)生的聲場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行了仿真，分析了各種參數(shù)對(duì)聲聚焦的影響，并提出了溫度控制方法。所做工作如下:
　　1.建立生物組織模型，研究了生物熱傳導(dǎo)問題、聚焦聲場(chǎng)的計(jì)算方法和模糊控制有關(guān)理論。
　　2.研究了凹球面換能器在單層和多層生物媒質(zhì)中產(chǎn)生的聲場(chǎng)，分析了聲源及組織參數(shù)對(duì)聲場(chǎng)影響。結(jié)果表明:聲速越大或頻率越低，其最大聲壓值越大、焦距越短;初始聲壓越大或吸收系數(shù)越小，其最大聲壓值越大、焦距幾乎不變;多層媒質(zhì)中某層厚度的變化對(duì)焦域最

3、大聲壓值有一定的影響。
　　3.運(yùn)用偽逆算法研究了相控陣換能器在生物媒質(zhì)中實(shí)現(xiàn)聚焦時(shí)的聲場(chǎng)，分析了不同參數(shù)對(duì)聲場(chǎng)特征的影響。結(jié)果表明:換能器陣元間距變大或者陣元寬度變小，焦點(diǎn)處聲壓會(huì)變小;換能器頻率不同時(shí)，不能采用相同信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng);生物媒質(zhì)參數(shù)相差較大時(shí)，其焦域面積也相差較大;某層的吸收系數(shù)或厚度發(fā)生變化時(shí)，其焦點(diǎn)聲壓會(huì)受到影響;通過改變陣元驅(qū)動(dòng)信號(hào)，換能器能形成多個(gè)焦點(diǎn)，適用于治療大腫瘤。
　　4.將模糊控制方法用于HIF

4、U治療時(shí)溫度控制，研究了凹球面換能器加熱單層媒質(zhì)和多層媒質(zhì)時(shí)溫度控制效果，及相控陣換能器加熱時(shí)單點(diǎn)和多點(diǎn)溫度控制效果，并與傳統(tǒng)PID控制進(jìn)行了比較。結(jié)果表明模糊控制優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制，避免了傳統(tǒng)控制中出現(xiàn)的延時(shí)、超調(diào)、振蕩、用時(shí)過長(zhǎng)等問題。
　　本文做了大量的仿真研究，分析得出了不同參數(shù)對(duì)聲場(chǎng)的影響以及聲場(chǎng)優(yōu)化方法;在HIFU加熱治療中提出了模糊控制方法，能有效提高治療的安全性和效率。所做工作對(duì)HIFU治療應(yīng)用有重要意義，其結(jié)果對(duì)