【摘要】：高強(qiáng)度聚焦超聲(High Intensity Focused Ultrasound, HIFU)是無(wú)創(chuàng)或微創(chuàng)的腫瘤治療技術(shù)。聚焦超聲換能器技術(shù)是HIFU臨床治療系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前,HIFU臨床治療中使用較為廣泛的是單陣元換能器,單陣元換能器焦點(diǎn)固定且單一,需通過(guò)機(jī)械式調(diào)整換能器與患者的相對(duì)距離實(shí)現(xiàn)掃描治療。多陣元相控?fù)Q能器可通過(guò)陣元相位控制實(shí)現(xiàn)變焦距和多焦點(diǎn)聚焦,但相控?fù)Q能器控制電路和制作工藝復(fù)雜,造價(jià)高,且聚焦效果受換能器參數(shù)影響較大,使臨床治療的安全性和有效性不能保障,目前只有少數(shù)HIFU系統(tǒng)中應(yīng)用了相控?fù)Q能器。在HIFU腫瘤治療中,相控?fù)Q能器結(jié)構(gòu)和參數(shù),直接影響形成焦域的聲場(chǎng)分布,通過(guò)數(shù)值仿真方法對(duì)比研究這些參數(shù)對(duì)HIFU形成可治療焦域的影響很有必要。 研究目的 通過(guò)研究相控?fù)Q能器陣元分布和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)聲場(chǎng)分布的影響來(lái)提高聚焦效果,并通過(guò)相控?fù)Q能器單焦點(diǎn)、雙焦點(diǎn)聚焦時(shí)聲場(chǎng)變化規(guī)律為HIFU臨床治療提供有效的理論數(shù)據(jù)和參考依據(jù)。 研究方法 首先建立含有64陣元相等環(huán)距陣元分布和不等環(huán)距陣元分布的相控?fù)Q能器數(shù)值仿真模型,采用Westervelt聲波非線性傳播方程式,通過(guò)FDTD時(shí)域有限差分法數(shù)值仿真HIFU形成聲壓場(chǎng)。利用曲面自聚焦法仿真研究不同頻率對(duì)64陣元換能器形成聲場(chǎng)的影響。采用時(shí)間反轉(zhuǎn)方法控制換能器陣元發(fā)射的超聲波使其聚焦到目標(biāo)焦點(diǎn)位置,以旁瓣與主瓣最大聲強(qiáng)比值0.25作為安全閾值,仿真對(duì)比陣元分布以及陣元直徑和環(huán)距不同時(shí)相控?fù)Q能器聚焦的聲場(chǎng)分布,并對(duì)陣元直徑為8.5mm,環(huán)距為7mm的相控?fù)Q能器單焦點(diǎn)和多焦點(diǎn)聚焦時(shí)聲場(chǎng)變化規(guī)律進(jìn)行研究,具體分析內(nèi)容和研究結(jié)果如下。 研究結(jié)果 1.在水體中頻率為0.5-0.8MHz時(shí),頻率越大,焦點(diǎn)聲壓和旁瓣越大,焦點(diǎn)位置越靠近換能器。 2.在聲軸上目標(biāo)焦點(diǎn)聚焦時(shí),不等環(huán)距陣元分布的換能器焦點(diǎn)聲壓小于相等環(huán)距陣元分布的換能器,且在幾何焦點(diǎn)之后聚焦時(shí)旁瓣與主瓣最大聲強(qiáng)比值為0.46,超過(guò)安全閾值0.25。 3.陣元直徑8mm時(shí),環(huán)距為7mm時(shí)在目標(biāo)焦點(diǎn)處旁瓣與主瓣最大聲強(qiáng)比值比環(huán)距為8mm的換能器比值��；環(huán)距為7mm時(shí),陣元直徑為8.5mm時(shí)旁瓣與主瓣最大聲強(qiáng)比值比陣元直徑為8mm時(shí)小,焦點(diǎn)處聲壓比陣元直徑為8mm時(shí)大。 4.對(duì)于陣元直徑為8.5mm,環(huán)距為7mm的相控?fù)Q能器的研究結(jié)果如下： (1)在聲軸及偏離聲軸的各目標(biāo)焦點(diǎn)處均形成了橢圓形焦域,當(dāng)目標(biāo)焦點(diǎn)沿聲軸方向焦距不小于80mm時(shí),焦點(diǎn)聲壓降低,旁瓣增大。 (2)旁瓣與主瓣最大聲強(qiáng)比值隨著設(shè)定焦距的增加先減小后增大,焦點(diǎn)處聲壓先增大后減小。偏離聲軸越遠(yuǎn),旁瓣與主瓣最大聲強(qiáng)比值在0.25以下的焦距范圍越小,焦點(diǎn)聲壓越低。 (3)雙焦點(diǎn)模式聚焦時(shí),兩焦點(diǎn)距離從7mm縮短至4mm時(shí)焦點(diǎn)間旁瓣先增大后減小,焦點(diǎn)間距離從3mm縮短至2.5mm時(shí),兩焦域逐漸連為一體。 (4)當(dāng)對(duì)五個(gè)焦點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行聚焦時(shí),可在目標(biāo)焦點(diǎn)位置形成焦域,焦域間會(huì)出現(xiàn)旁瓣。 綜合上述結(jié)果得到如下結(jié)論： 1.頻率會(huì)對(duì)焦點(diǎn)聲壓、旁瓣幅值以及焦域大小產(chǎn)生影響。 2.不等陣元分布的相控?fù)Q能器聚焦效果比相等陣元分布的相控?fù)Q能器差。 3.相等陣元分布的換能器可實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)相控聚焦。 4.單焦點(diǎn)聚焦時(shí),偏離聲軸位置越遠(yuǎn),旁瓣與主瓣最大聲強(qiáng)比值越大,焦點(diǎn)聲壓越低；沿聲軸聚焦時(shí),偏離自聚焦形成焦點(diǎn)位置越遠(yuǎn),旁瓣與主瓣最大聲強(qiáng)比值越大,焦點(diǎn)聲壓越低,換能器向后聚焦能力較差。 5.雙焦點(diǎn)聚焦時(shí),焦點(diǎn)間距離變化會(huì)對(duì)旁瓣產(chǎn)生影響,當(dāng)焦點(diǎn)間距離小于3mm時(shí),兩焦域逐漸融合成一個(gè)焦域,但形狀可能不是一個(gè)規(guī)則的橢球體。
[Abstract]:......
【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(lèi)號(hào)】：R445.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2253139