高強度聚焦超聲腫瘤治療系統(tǒng)的換能器研究和生物效應(yīng)分析.pdf

1、高強度聚焦超聲（High—intensity Focused Ultrasound）作為一種微損的、有效的局部治療手段，受到了普遍關(guān)注。HIFU技術(shù)的優(yōu)越性在于：1）強度高、可靠性好；2）方向性好，具有很高的精度；3）能夠深入體內(nèi)而不損傷正常組織。 HIFU技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是換能器系統(tǒng)及其聚焦技術(shù)，聚焦強度及其作用范圍對治療效果有著重要作用。而HIFU要應(yīng)用到臨床，對換能器的聲場測試以及離體和在體動物實驗則是必不可缺的環(huán)節(jié)，

2、這直接關(guān)系到治療的安全性。 本文把HIFU的換能器系統(tǒng)、聲場計算、聲場測試、水聽器校準以及生物效應(yīng)分析作為研究對象。首先對本實驗室與無錫海鷹集團合作開發(fā)項目“計算機輔助體外高強度超聲治療儀”樣機聲場進行了測量，然后以聲場模擬為基礎(chǔ)，深入探討了該技術(shù)中所用的自聚焦換能器曲面的聲場特性，分析了這種聚焦方式的優(yōu)缺點，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了新型的換能器聚焦方式，并研究了其相應(yīng)的聲場特性。在理論計算與實驗測量對比的基礎(chǔ)上，對聲場測量器具——水

3、聽器的設(shè)計、特性進行了分析討論，提出了改進方案。然后討論了高強度聚焦在組織中產(chǎn)生的生物效應(yīng)如熱效應(yīng)、空化效應(yīng)、輻射壓力等，設(shè)計了相應(yīng)的測量裝置，測出生物效應(yīng)的有關(guān)參數(shù)，研究它對HIFU系統(tǒng)及其治療效果的影響，并進行了相應(yīng)的分析計算?？傮w說來，本文的主要研究內(nèi)容包括： 1、在參閱大量文獻的基礎(chǔ)上，回顧了HIFU技術(shù)的物理機制、優(yōu)越性、聚焦方式分類及其應(yīng)用研究等，分析了目前國內(nèi)外對該項技術(shù)的研究狀況；展望了HIFU技術(shù)的應(yīng)用前景。

4、 2、闡述了目前常用的聲場模擬理論，包括線性聲場和非線性聲場的模擬計算方法，并介紹了HIFU中的溫度場計算模型。 3、用水聽器掃描聲場方法測量了HIFU樣機在小功率信號和大功率信號工作方式下的聲場分布，并與理論計算結(jié)果相比較，兩者符合的相當(dāng)好，這就為其他聚焦方法的理論分析提供了程序正確性保證。 4、利用計算機仿真的方法，討論了換能器所產(chǎn)生的聲場的特性及其聚焦的特點，并對幾何參數(shù)對聲場參數(shù)的影響情況進行了分析與總結(jié)。

5、 5、從治療安全性角度和聲場分布的特殊性角度設(shè)計了其他發(fā)射方式的換能器，并對其聲場特性進行了模擬和相應(yīng)的比較研究。 6、描述了水聽器測量聲場的原理，并對影響測量結(jié)果的幾個因素進行了討論，介紹了兩種用于高強度聚焦超聲聲場測量的水聽器，提出了聲場自動掃描系統(tǒng)的設(shè)計與改進方案。 7、討論了HIFU作用過程中產(chǎn)生的非線性效應(yīng)和空化現(xiàn)象，對高次諧波進行了計算與實驗驗證，對空化效應(yīng)進行了實驗分析。 8、討論了高強度聚