【摘要】：實驗證明超聲可以通過空化效應(yīng)來加速病理組織處理的過程,超聲誘發(fā)的空化狀態(tài)與病理組織處理的結(jié)果直接相關(guān)。次諧波信號檢測法是被用來檢測空化活動的眾多檢測方法之一。常規(guī)的次諧波信號檢測法被用于檢測空化時大多是在超聲功率密度穩(wěn)態(tài)空化或瞬態(tài)空化的條件下進行的,一方面穩(wěn)態(tài)空化或瞬態(tài)空化所要求的超聲功率密度值遠高于組織樣品可以承受的范圍,因而會造成待處理組織樣品的損壞,而這種情況在臨床上是無法接受的;另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的次諧波信號檢測法在超聲功率密度遠低于穩(wěn)態(tài)空化或瞬態(tài)空化的區(qū)域內(nèi)(我們定義為臨界空化區(qū))變得不穩(wěn)定,因此有必要研究在臨界空化區(qū)對空化的檢測方法。本文研發(fā)了一款可以加速病理組織處理且具有空化檢測功能的超聲病理組織處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)的工作頻率為200k Hz、功率值可調(diào),通過側(cè)壁貼裝的超聲傳感器可以檢測由空化氣泡振蕩而產(chǎn)生的次諧波信號。在本文中,我們使用次諧波信號檢測法檢測超聲加速病理組織處理期間的空化活動,將空化檢測系統(tǒng)檢測到的目標信號經(jīng)過放大、低通濾波以及離散化處理等信號處理過程后,最終對目標信號進行FFT處理,以提取到的目標信號幅度作為評估空化活動的指標。在本文的研究工作中,我們根據(jù)常規(guī)的次諧波信號檢測法在不同的超聲功率密度下對病理組織處理環(huán)境中的多個次諧波信號進行檢測。為了模擬超聲加速病理組織處理的實際過程,在處理容器中分別加入了不同體積和材質(zhì)的物體,如組織包埋盒、橡膠塊或磁環(huán)等,觀察檢測到的次諧波信號的特性及變化規(guī)律。最后,我們探究了溫度因素對空化活動的影響。研究發(fā)現(xiàn),在液體環(huán)境中檢測到的每一個次諧波信號都可以比較明確的劃分為非空化區(qū)域、臨界空化區(qū)域以及空化區(qū)域,但信號幅度和空化閾值等特征因素有些許不同。當(dāng)我們模擬超聲加速病理組織處理的實際過程,嘗試在處理容器中加入不同的物體后發(fā)現(xiàn),檢測到的新的次諧波信號變得極不穩(wěn)定且不具有單調(diào)性,因而無法判定空化的狀態(tài)。所以,本文提出了將次諧波信號作為特征向量的方法。本文將次諧波信號作為特征向量,不同頻率下的多個特征向量在不同參數(shù)的組合下可以得到全新的組合特征向量,并以此作為評估空化活動的依據(jù),實現(xiàn)了在超聲處理容器中存在異物的條件下對空化進行穩(wěn)定檢測的目的。此外,為了實現(xiàn)對空化效應(yīng)的快速判定,本文以超聲功率密度和次諧波信號強度為信號特征,采用線性分類的方法對特征向量進行線性分類,得到了可以快速判定是否出現(xiàn)空化的判定曲線。最后,本文在探究溫度參數(shù)對空化活動影響的實驗中發(fā)現(xiàn):在一定范圍內(nèi),適當(dāng)?shù)奶岣邷囟?有助于空化活動的發(fā)生。本文首次提出在超聲加速病理組織處理期間對空化活動進行檢測的研究。并且,在通過大量實驗后發(fā)現(xiàn),常規(guī)的次諧波信號檢測法不適合用于超聲加速病理組織處理期間對空化的檢測。本文創(chuàng)新性的提出以次諧波信號作為特征向量,以不同頻率的多個特征向量在不同參數(shù)的組合下得到的組合特征向量為依據(jù)檢測空化活動的方法。本文的研究內(nèi)容可以為超聲加速病理組織處理提供環(huán)境參數(shù)的參考,能夠極大地促進病理診斷在臨床治療中的應(yīng)用,同時也為超聲空化在臨床快速病理組織處理中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
【圖文】：

(a) (b) (c)圖 1-1 使用不同方法制成的病理切片。（a）冰凍切片（b）常規(guī)石蠟切片技術(shù)制成的石蠟切片（c）超聲加速技術(shù)制成的超聲切片在使用超聲輻射組織細胞的情況下，空化泡振蕩形成的聲微流與微射流可以在細胞膜表面形成孔狀結(jié)構(gòu)的小孔，可以加速組織處理試劑滲透進入細胞內(nèi)部,因而可以縮短病理切片的制作時間。在超聲驅(qū)動下，液體環(huán)境中的微氣泡的運動方程有很多[6]，其中最為研究者們所認可的則是Rayleigh-Plesset方程。脈動氣泡運動的完整性方程[7, 8]如公式1-1所示：3γ2 00 00..3 2 2ρR 4 sin2 V V a aR RR R P P P P PtR R R R 1-1在該等式中，R0與 R 分別是微氣泡的標準半徑和瞬時半徑；ρ和μ分別是液體密度和液體粘度；σ是液體的表面張力；γ是多變指數(shù)；P0和 Pa分別是環(huán)境壓力幅度和入射壓力幅度。

范圍內(nèi)的區(qū)域定義為臨界空化區(qū)，其示意圖如圖 1-2 所示。圖1-2 圖中描述了在理想情況下空化泡振蕩生成的次諧波信號的幅度與超聲功率密度的關(guān)系，并給出了非空化區(qū)、臨界空化區(qū)以及空化區(qū)的定義范圍。在臨界空化區(qū)域，如果采用常規(guī)的次諧波信號檢測法檢測空化，通常僅檢測 1/2 次諧波信號[25, 26]，并以它作為檢測空化的信號特征。本文通過實驗發(fā)現(xiàn)，，當(dāng)將不同體積或材料的物體放入超聲處理容器中后，信號特征會變得極不穩(wěn)定。所以，使用單一頻率的 1/2 次諧波信號檢測方法在臨界空化區(qū)域是不穩(wěn)定的。為了在超聲加速病理組織處理期間實現(xiàn)對空化的穩(wěn)定檢測，本文將次諧波信號作為特征向量，提出了一種基于特征向量的空化檢測方法。該方法在處理容器內(nèi)加入不同物體的情況下仍可穩(wěn)定的檢測空化，且目標信號具有很好的單調(diào)性，同時該方法具有參數(shù)提取方便、操作簡單等特點，適用于實時空化檢測系
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O426.9;R445.1

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本文編號：2592107