研究背景:高強(qiáng)度聚焦超聲（High intensity focused ultrasound,HIFU）作為一種新興的非侵入性治療技術(shù),其原理為通過一定的聚焦方式將體外低能量的超聲波束聚焦到體內(nèi)形成具有一定大小的高能量焦點(diǎn),借助熱效應(yīng)、空化效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)使焦域組織溫度瞬間升高至65℃以上,焦點(diǎn)產(chǎn)生不可逆性凝固性壞死且不損傷周圍正常組織。目前HIFU已經(jīng)應(yīng)用于乳腺癌、肝癌、胰腺癌、子宮肌瘤和腎臟腫瘤等各類良惡性實(shí)體腫瘤的臨床治療,展示了較高的安全性和有效性[1-3]。利用HIFU進(jìn)行消融治療,在保證安全性的前提下,可達(dá)到較好的消融效果,但臨床治療目前主要依賴于醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)投放輻照劑量[4]。因此,HIFU治療過程中劑量投放仍然是一個(gè)待解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。聲傳播與生物傳熱模型是建立HIFU治療劑量系統(tǒng)的重要組成部分。仍然需要進(jìn)一步深入研究。本研究著眼于HIFU臨床劑量投放預(yù)測(cè)的科學(xué)問題,通過對(duì)聚焦超聲焦域處的瞬態(tài)聲傳播以及生物傳熱相關(guān)機(jī)制進(jìn)行探索性研究,以期對(duì)聲場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化為臨床治療選擇合適張角換能器提供指導(dǎo),優(yōu)化HIFU輻照過程中的聲傳播和生物傳熱模型,為臨床治療劑量預(yù)測(cè)系統(tǒng)建立提供參考依據(jù)... 

【文章來源】：重慶醫(yī)科大學(xué)重慶市

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖

ML(mV/Mpa)為水聽器自由場(chǎng)中光纖末端有載電壓靈敏度。三維運(yùn)動(dòng)裝置分別沿 x, y, z 三軸移動(dòng)水聽器，可以得到整個(gè)聲場(chǎng)內(nèi)的任意一點(diǎn)聲壓分布情況。（a）水聽器固定在三維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)裝置上，測(cè)量系統(tǒng)的輸出端連接高速數(shù)據(jù)采集卡，利用聲場(chǎng)測(cè)試軟件（重慶海扶醫(yī)療科技股份有限研發(fā)）記錄掃描聲壓數(shù)據(jù)，換能器通過實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)功放激勵(lì)。（b）定位聲焦點(diǎn)：根據(jù)幾何焦點(diǎn)大致位置估計(jì)焦點(diǎn)坐標(biāo)，將光纖水聽器移至該位置。通過粗調(diào)和微調(diào)，分別掃描 x、y、z 軸，找到空間內(nèi)聲壓幅值最大點(diǎn)的位置，就是聲焦點(diǎn)所在坐標(biāo)位置；（c）聲軸掃描：將水聽器移動(dòng)至聲焦點(diǎn)的位置，固定 y、z 軸坐標(biāo)保持不動(dòng)，同時(shí)設(shè)置 x 軸掃描的范圍，并記錄輸出的電信號(hào)；同樣分別設(shè)置 y 軸和 z 軸掃描的范圍。即可繪制出各個(gè)聲軸方向上位移與聲壓分布的關(guān)系曲線，也可表示為換能器聲軸上的聲壓分布，同理，通過固定 x 軸，設(shè)定另外兩軸運(yùn)動(dòng)范圍進(jìn)行二維聲場(chǎng)的掃描。

圖 1.3 紋影拍攝系統(tǒng)Fig. 1.3 The schlieren system結(jié)果掃描及聲場(chǎng)掃面率 664.2kHz，激勵(lì)電壓 30mV 條件下，以步進(jìn)為 0.05mm 進(jìn)行軸掃描結(jié)果如圖 1.4，1.5，1.6。其中，對(duì)于張角分別為 90 °, 120 °的換能器，其聲軸長(zhǎng)軸分別為 2.38λ、2.02λ、1.57λ、1.0λ、0 0.85λ、0.71λ、0.59λ、0.54λ、0.52λ；-6dB 聲焦域分別為 3.47λ2、λ2、0.48λ2，對(duì)應(yīng)線性聲場(chǎng)仿真結(jié)果 3.69λ2、2.69λ2、1.77λ2、1.1λ2、致，換能器開口角度越大，-6dB 軸向焦域面積減小，焦域形狀“圓形”。隨著開口角度的增加，聲軸，聲焦域均呈現(xiàn)減小趨勢(shì)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高強(qiáng)度聚焦超聲治療中熱波效應(yīng)和聲熱耦合研究進(jìn)展[J]. 李非,羅曼,李發(fā)琪,黃浩然,陳宗桂,冉劍波.  中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志. 2016(05)
[2]層狀生物組織中的HIFU聲焦域研究[J]. 周玉祿,程建政,張德俊.  中國(guó)超聲醫(yī)學(xué)雜志. 2007(10)
[3]高強(qiáng)度聚焦超聲“切除”組織的劑量學(xué)研究[J]. 李發(fā)琪,王智彪,杜永洪,馬平,白晉,伍烽,馮若.  生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志. 2006(04)
[4]凹球面HIFU換能器聲焦域的位置和形狀[J]. 毛彥欣,程建政,張德俊.  中國(guó)超聲醫(yī)學(xué)雜志. 2004(07)
[5]高強(qiáng)度聚焦超聲的生物學(xué)焦域研究[J]. 王智彪,白晉,李發(fā)琪,杜永洪,文爽,胡凱,許貴華,馬平,陳文直,伍烽.  自然科學(xué)進(jìn)展. 2002(04)
[6]豬的新鮮離體軟組織的超聲衰減和速度[J]. 馮若,陳兆華,朱正亞,戴煥平.  聲學(xué)學(xué)報(bào). 1985(05)

博士論文
[1]高強(qiáng)度聚焦超聲非線性聲場(chǎng)和組織損傷形成的掃描模式比較研究[D]. 范庭波.南京大學(xué) 2012

碩士論文
[1]聚焦聲場(chǎng)中的多泡分布及聲致發(fā)光研究[D]. 李非.重慶醫(yī)科大學(xué) 2016
[2]頻率對(duì)高強(qiáng)度聚焦超聲在層狀生物組織中形成損傷的影響研究[D]. 李興.重慶醫(yī)科大學(xué) 2015



本文編號(hào)：2956980