本文選題：HIFU　切入點(diǎn)：經(jīng)顱聚焦　出處：《天津醫(yī)科大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：高強(qiáng)度聚焦超聲(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)治療已成功用于實(shí)體軟組織腫瘤的臨床治療。然而,對(duì)于HIFU經(jīng)顱聚焦治療腦腫瘤而言,由于顱骨及其聲學(xué)特性與軟組織完全不同且聲學(xué)特性差異很大,導(dǎo)致顱骨及其周邊組織溫度升高而受到損傷等類似問題的發(fā)生。研究目的為解決HIFU臨床治療的問題,有必要掌握HIFU經(jīng)顱骨傳播過程及其聲壓、能量分布。本文以HIFU腦腫瘤治療臨床病例為研究對(duì)象,建立包含人體頭顱在內(nèi)的三維數(shù)值仿真模型,結(jié)合64陣元球冠狀相控陣列換能器,數(shù)值仿真研究通過調(diào)控?fù)Q能器陣元發(fā)射聲波的相位,降低顱骨內(nèi)導(dǎo)致較高溫升的峰值聲壓的方法,為HIFU應(yīng)用臨床治療腦腫瘤提供有效方法。研究方法結(jié)合臨床HIFU經(jīng)顱聚焦腦組織導(dǎo)致顱骨聲壓過高的實(shí)際問題進(jìn)行三維數(shù)值仿真研究。對(duì)Westervelt聲波傳播方程進(jìn)行全等降階,采用時(shí)域有限差分(Finite Difference Time Domain,FDTD)法數(shù)值仿真三維空間的聲壓場(chǎng)分布。并利用Aubry提出利用CT圖像獲得顱骨聲學(xué)特性參數(shù)的方法,將顱骨及傳播介質(zhì)的聲學(xué)參數(shù)導(dǎo)入仿真模型中。為了實(shí)現(xiàn)HIFU經(jīng)顱聚焦并降低顱骨內(nèi)峰值聲壓,首先選用水體模型進(jìn)行數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證,其次將均質(zhì)化的骨板加入水體模型,對(duì)比自聚焦法、時(shí)間反轉(zhuǎn)相控法以及時(shí)間反轉(zhuǎn)法聯(lián)合降低峰值聲壓法數(shù)值仿真形成的聲壓場(chǎng),并將后兩種方法應(yīng)用于HIFU經(jīng)顱聚焦的聲壓分布,初步探討聚焦深度對(duì)焦域內(nèi)聲場(chǎng)的影響。研究結(jié)果(一)、水體模型1.在仿真參數(shù)相同的條件下,對(duì)Westervelt聲波傳播方程分別采用降階差分和直接差分進(jìn)行聲場(chǎng)數(shù)值仿真,其形成聲場(chǎng)基本一致,但前者相比后者計(jì)算速度快30.9%左右。2.在換能器表面平均聲壓一定的條件下,數(shù)值仿真所得聲軸上及焦平面軸上的聲壓特性曲線與水槽中進(jìn)行的聲場(chǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)的結(jié)果幾乎一致。(二)、骨板模型1.采用時(shí)間反轉(zhuǎn)方法經(jīng)骨板聚焦形成聲場(chǎng)中,形成焦點(diǎn)位置與目標(biāo)焦點(diǎn)位置相一致。2.與時(shí)間反轉(zhuǎn)法相比,時(shí)間反轉(zhuǎn)聯(lián)合降低顱骨聲壓法可降低顱骨峰值聲壓,降低骨焦比,但對(duì)實(shí)際焦點(diǎn)位置及焦點(diǎn)幅值影響不大。(三)、顱骨模型1.與時(shí)間反轉(zhuǎn)法相比,時(shí)間反轉(zhuǎn)聯(lián)合降低顱骨聲壓法可降低顱骨峰值聲壓、降低骨焦比,但對(duì)實(shí)際焦點(diǎn)位置及焦點(diǎn)幅值影響不大。2.當(dāng)焦距一定的條件下,采用時(shí)間反轉(zhuǎn)法經(jīng)顱聚焦,隨聚焦深度L2降低,顱骨內(nèi)峰值聲壓幅值升高,實(shí)際焦點(diǎn)幅值降低,骨焦比增大。3.在焦距一定的條件下,采用時(shí)間反轉(zhuǎn)法經(jīng)顱聚焦,當(dāng)聚焦深度L2大于30mm時(shí),顱骨外層骨皮質(zhì)內(nèi)聲壓大于顱骨內(nèi)層骨皮質(zhì)內(nèi)聲壓;當(dāng)聚焦深度L2小于30mm時(shí),顱骨外層骨皮質(zhì)內(nèi)聲壓小于顱骨內(nèi)層骨皮質(zhì)內(nèi)聲壓。4.當(dāng)聚焦深度L2小于30mm時(shí),需要采用時(shí)間反轉(zhuǎn)聯(lián)合降低顱骨聲壓的相控聚焦方法,降低顱骨內(nèi)可能對(duì)顱骨及周邊組織造成損傷的峰值聲壓。結(jié)論1.采用時(shí)間反轉(zhuǎn)法調(diào)控經(jīng)顱HIFU相控?fù)Q能器陣元相位可實(shí)現(xiàn)在目標(biāo)靶區(qū)聚焦。2.當(dāng)顱骨內(nèi)存在峰值聲壓,采用時(shí)間反轉(zhuǎn)法聯(lián)合降低顱骨聲壓方法,可降低顱骨內(nèi)的峰值聲壓。3.當(dāng)焦距一定的條件下,采用時(shí)間反轉(zhuǎn)法經(jīng)顱聚焦,聚焦深度L2與骨焦比呈負(fù)相關(guān)。4.在焦距一定的條件下,當(dāng)小于臨界聚焦深度L2時(shí),需采用時(shí)間反轉(zhuǎn)法聯(lián)合降低顱骨聲壓方法進(jìn)行經(jīng)顱聚焦,減少對(duì)顱骨及周邊組織的損傷。
[Abstract]:In order to solve the problems of high intensity focused ultrasound ( HIFU ) in the treatment of brain tumors , a three - dimensional numerical simulation model for HIFU has been used to study the acoustic pressure distribution of the skull and its surrounding tissues . 3 . When the focal length L2 is less than 30 mm , the time reversal method can be used to reduce the peak acoustic pressure in the internal cortical bone of the skull .

【學(xué)位授予單位】：天津醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TB559;R739.41

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本文編號(hào)：1671494