超聲具有非侵入式、分辨率高、無副作用等特點,成為了一種重要的醫(yī)學(xué)成像手段,廣泛應(yīng)用于臨床診斷。由于超聲的優(yōu)越性,近年來越來越多的學(xué)者將超聲引入到醫(yī)學(xué)治療領(lǐng)域,并且得到了廣泛的應(yīng)用。就治療超聲而言,根據(jù)聚焦超聲劑量的不同,可以分為高強度聚焦超聲和低強度聚焦超聲。高強度聚焦超聲通常應(yīng)用于腫瘤消融以及溶栓。低強度超聲則應(yīng)用于神經(jīng)調(diào)控、血腦屏障打開以及靶向給藥。目前,相關(guān)研究工作都是基于單一頻率單陣元換能器超聲系統(tǒng)或單一頻率陣列式換能器超聲系統(tǒng)完成的。然而,已有一些文獻(xiàn)報道雙頻率超聲可以提高超聲治療效果。但由于當(dāng)前電子激勵系統(tǒng)的限制,雙頻超聲在實驗設(shè)計上受到諸多限制,研究較少。因此,本課題提出一種面向超聲治療應(yīng)用的雙頻陣列式超聲系統(tǒng),便于實施新型的雙頻超聲激勵序列,以達(dá)到更好的治療效果。具體而言,本課題開展了如下工作:1)相對于單陣元超聲換能器,陣列超聲換能器可以通過電子掃描的方式改變焦點位置,其應(yīng)用范圍較廣。本文從實際應(yīng)用角度出發(fā),設(shè)計了一種128通道任意波相控陣聚焦超聲系統(tǒng)�；诒鞠到y(tǒng),可以實現(xiàn)雙頻率超聲激勵,以及其他新型的激勵序列。從電子學(xué)性能和聲場方面進(jìn)行了測試工作,驗證了系統(tǒng)的性能。將本超聲系統(tǒng)與聯(lián)影磁共振設(shè)備協(xié)同工作,驗證了磁兼容的性能。2)大規(guī)模超聲陣列系統(tǒng),可以形成更復(fù)雜的聲場。尤其是在經(jīng)顱聚焦超聲應(yīng)用中,可以抑制顱內(nèi)駐波形成。優(yōu)勢非常明顯。為此,本課題提出一種基于光纖時鐘同步的方法,來擴展相控陣列的規(guī)模。通過光纖時鐘同步器,可以將多個128通道任意波相控陣聚焦超聲子系統(tǒng)級聯(lián)起來,協(xié)同工作,發(fā)揮大規(guī)模超聲陣列系統(tǒng)的優(yōu)勢。3)為了驗證系統(tǒng)的性能,在均勻介質(zhì)中開展了單焦點聚焦以及動態(tài)聚焦實驗。此外,還利用聲場掃描設(shè)備,定量測量了聲場分布情況。4)在超聲治療應(yīng)用層面,本文開展了雙頻率超聲溶栓實驗,探究了不同激勵參數(shù)(如脈沖重復(fù)頻率、占空比、能量)對溶栓效率的影響。經(jīng)過大量的對比實驗,發(fā)現(xiàn)雙頻超聲相對單頻超聲溶栓效率可以提高大約30%,治療時間可以減半。綜上所述,本課題提出了一種面向超聲治療應(yīng)用的雙頻陣列超聲系統(tǒng),并利用光纖時鐘同步器擴展了換能器的陣元規(guī)模,發(fā)揮了大規(guī)模超聲陣列系統(tǒng)的優(yōu)勢�；诒菊n題設(shè)計的超聲系統(tǒng),實現(xiàn)了新型的雙頻超聲激勵序列,降低了溶栓治療中的超聲劑量,顯著提高超聲溶栓的治療效果。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB559
【部分圖文】：

技術(shù)向前繼續(xù)推進(jìn)了一步，為臨床患者接受高質(zhì)量的 HIFU 治療提供了必要的技術(shù)保障。圖1.1 Insightec MRgFUS一體設(shè)備Figure1.1 Insightec MRgFUS integrated machineHIFU 技術(shù)除了在腫瘤消融領(lǐng)域的應(yīng)用，還被應(yīng)用于溶栓，為心血管疾病探索出一種新型的治療手段。(Maxwell, Cain, Duryea et al., 2009a)開展了超聲離體溶栓試驗，(Wright, Hynynen and Goertz,2012)開展了在體超聲溶栓試驗。試驗結(jié)果均表明，超聲的空化效應(yīng)能夠在較短時間內(nèi)，將血管中的血塊粉碎成微小顆粒。同溶栓藥物相比，該技術(shù)治療時間可以大大縮短，另外，超聲是一種無創(chuàng)的治療手段，外科介入的治療手段，需要植入血管支架，有著大出血的潛在風(fēng)險。(Liuand Hsieh, 2009)采用雙頻率信號（信號 1 的頻率為 83KHz，信號 2 的頻率范圍：170KHz—290KHz）同時激勵單陣元換能器，獲得了更強的空化效應(yīng)。(Suo,Guo,Lin et al., 2015)采用單陣元雙頻超聲溶栓

圖1.2分離式聚焦超聲示意圖Figure1.2 Schematic diagram of discrete focused ultrasound通過文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)，一方面，當(dāng)前 FUS 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計上一個明顯的缺陷在于的換能器通道數(shù)上都處于一個較小的規(guī)模，并且，系統(tǒng)設(shè)計上并沒有考慮擴需求，后期擴展無法實現(xiàn)或者較難實現(xiàn)。而(Song,Pulkkinen,Huangetal.,2012的研究結(jié)果表明，增加 FUS 通道數(shù)，是一種降低超聲跨顱熱損失、降低、顱內(nèi)駐波形成的重要手段。而另一方面，當(dāng)前的 FUS 驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動波形較一（方波、正弦波等），而實際上，超聲換能器在頻率帶寬范圍內(nèi)，均可以的實現(xiàn)電聲轉(zhuǎn)化。若采用 2 種或多種頻率接近的激勵信號同時激勵超聲換能形成新型的激勵序列 ，在諸如血腦屏障的打開、聚焦區(qū)域的熱消融等應(yīng)用以獲得更好的效果。當(dāng)前現(xiàn)有的技術(shù)，多是利用單一的正弦波或者方波激勵

第 2 章 相控陣超聲系統(tǒng)的硬件設(shè)計圖2.2任意波形發(fā)生器框圖Figure2.2 the block diagram of arbitrary waveform generator開始

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 ;The clock system for LHAASO WCDA based on reduced White Rabbit[J];Nuclear Science and Techniques;2012年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李成;大型物理實驗裝置高精度時間同步技術(shù)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

本文編號：2833529