【摘要】：高強(qiáng)度聚焦超聲(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)是近年來在醫(yī)療領(lǐng)域新興的超聲學(xué)應(yīng)用方向之一。本文提出三維數(shù)值方法計算強(qiáng)聚焦非線性聲場,并系統(tǒng)性的研究肋骨對大張角換能器輻射的聲場和溫度場的分布影響,并提出有效地保護(hù)肋骨的模型,用以避免肋骨對聲場聚焦的影響。本文第一章總結(jié)了相關(guān)文獻(xiàn),簡要介紹了現(xiàn)在HIFU領(lǐng)域的治療應(yīng)用以及球冠型換能器輻射聲場的研究歷史和進(jìn)展。第二章從流體基本方程開始,推導(dǎo)非線性Westervelt方程,并利用Spheroidal Beam Equation(SBE)模型在橢圓坐標(biāo)系下用Fourier展開法求解非線性聲場的諧波軸、徑向分布情況。對比研究了大張角換能器和小張角換能器輻射聲場的情況;不同輻射頻率對大張角換能器聚焦效果的影響以及開孔對大張角聚焦效果的影響,并數(shù)值模擬了在分層組織中的強(qiáng)聚焦聲場分布情況。在第三章,基于第二章的聲場計算方法,擴(kuò)展計算模型為三維,詳細(xì)討論了如何避免數(shù)值計算發(fā)散的方法,并討了三維計算結(jié)果的有效性。在第四章中,強(qiáng)調(diào)了肋骨對非線性聲場的影響,考慮開口口徑的影響和聲焦域非線性時域波形的分布。在第五章中,我們建立了更加詳細(xì)的模型,引入三層人體組織,討論了諧波和熱沉積的空間分布情況,并給出了f-number調(diào)整的建議方案。第六章中,我們結(jié)合幾何聲學(xué)模型,給出一種簡單有效的模型用以保護(hù)肋骨。本文研究了 HIFU應(yīng)用中的聲場和溫度場分布情況的物理機(jī)理及數(shù)值計算方法,并詳細(xì)推導(dǎo)了數(shù)值模擬方法。創(chuàng)新性地提出了三維SBE模型,和相應(yīng)的聲場分布論述,有助于HIFU在肝癌治療中的理論研究和實際實踐。
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【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB55;R454.3

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本文編號：2475819