高強(qiáng)度聚焦超聲對(duì)生物媒質(zhì)加熱的仿真研究.pdf

1、高強(qiáng)度聚焦超聲治療技術(shù)是近年來(lái)腫瘤治療技術(shù)中最為有效的新方法之一，其重點(diǎn)是利用了超聲波的聚焦性、穿透性，將體外低能量的超聲會(huì)聚到體內(nèi)腫瘤組織中，從而使腫瘤組織蛋白質(zhì)短時(shí)間內(nèi)凝固性壞死，同時(shí)又不對(duì)正常組織造成傷害，使治療達(dá)到微創(chuàng)、無(wú)創(chuàng)的效果。對(duì)超聲治療中聲場(chǎng)、熱場(chǎng)分布的研究，有助于客觀地分析臨床治療效果，為臨床治療劑量的選擇提供指導(dǎo)性意見(jiàn)。本文以理論為依據(jù)，以實(shí)驗(yàn)仿真為數(shù)據(jù)結(jié)果，具體分析了線性條件和非線性條件兩種不同的聲場(chǎng)環(huán)境下，生物組織

2、的聲壓、溫度和熱劑量的變化，對(duì)影響聲強(qiáng)、溫度和熱劑量分布的因素做了定量分析，并對(duì)腫瘤組織內(nèi)存在血管的情況下，血管如何影響組織的溫升和熱劑量的變化做了相關(guān)的研究。具體工作如下:
　　第一、將凹球面劃分成若干微元，計(jì)算出任意微元的聲壓，通過(guò)瑞利積分即可求解出凹球面換能器的線性聲場(chǎng)，并運(yùn)用SBE方程分析和求解了非線性聲波的聲壓，同時(shí)進(jìn)一步探討了聲壓與聲源參數(shù)和組織特性之間的關(guān)系。運(yùn)用Matlab仿真表明，非線性條件相對(duì)于線性條件能夠更好

3、的聚焦，焦域內(nèi)的聲壓隨超聲聲源頻率和非線性系數(shù)的增大而增大，隨曲率半徑、組織衰減系數(shù)的增大而減小。
　　第二、以線性和非線性聲強(qiáng)為基礎(chǔ)，利用有限差分法求解Pennes生物熱傳導(dǎo)方程，并利用熱劑量值來(lái)描述熱損傷程度，具體討論了超聲波聲源頻率、曲率半徑、組織衰減系數(shù)、初始聲壓、非線性系數(shù)等因素對(duì)焦域內(nèi)熱場(chǎng)分布的影響。仿真結(jié)果表明，超聲聲源頻率、表面初始聲壓越大，組織間相互作用的熱效應(yīng)越明顯，焦域熱損傷越大;曲率半徑、衰減系數(shù)越大，超聲