高強(qiáng)度聚焦超聲腫瘤治療系統(tǒng)的換能器研究和生物效應(yīng)分析.pdf

1、高強(qiáng)度聚焦超聲（High—intensity Focused Ultrasound）作為一種微損的、有效的局部治療手段，受到了普遍關(guān)注。HIFU技術(shù)的優(yōu)越性在于：1）強(qiáng)度高、可靠性好；2）方向性好，具有很高的精度；3）能夠深入體內(nèi)而不損傷正常組織。 HIFU技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是換能器系統(tǒng)及其聚焦技術(shù)，聚焦強(qiáng)度及其作用范圍對(duì)治療效果有著重要作用。而HIFU要應(yīng)用到臨床，對(duì)換能器的聲場(chǎng)測(cè)試以及離體和在體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)則是必不可缺的環(huán)節(jié)，

2、這直接關(guān)系到治療的安全性。 本文把HIFU的換能器系統(tǒng)、聲場(chǎng)計(jì)算、聲場(chǎng)測(cè)試、水聽(tīng)器校準(zhǔn)以及生物效應(yīng)分析作為研究對(duì)象。首先對(duì)本實(shí)驗(yàn)室與無(wú)錫海鷹集團(tuán)合作開(kāi)發(fā)項(xiàng)目“計(jì)算機(jī)輔助體外高強(qiáng)度超聲治療儀”樣機(jī)聲場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)量，然后以聲場(chǎng)模擬為基礎(chǔ)，深入探討了該技術(shù)中所用的自聚焦換能器曲面的聲場(chǎng)特性，分析了這種聚焦方式的優(yōu)缺點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了新型的換能器聚焦方式，并研究了其相應(yīng)的聲場(chǎng)特性。在理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測(cè)量對(duì)比的基礎(chǔ)上，對(duì)聲場(chǎng)測(cè)量器具——水

3、聽(tīng)器的設(shè)計(jì)、特性進(jìn)行了分析討論，提出了改進(jìn)方案。然后討論了高強(qiáng)度聚焦在組織中產(chǎn)生的生物效應(yīng)如熱效應(yīng)、空化效應(yīng)、輻射壓力等，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的測(cè)量裝置，測(cè)出生物效應(yīng)的有關(guān)參數(shù)，研究它對(duì)HIFU系統(tǒng)及其治療效果的影響，并進(jìn)行了相應(yīng)的分析計(jì)算?？傮w說(shuō)來(lái)，本文的主要研究?jī)?nèi)容包括： 1、在參閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，回顧了HIFU技術(shù)的物理機(jī)制、優(yōu)越性、聚焦方式分類及其應(yīng)用研究等，分析了目前國(guó)內(nèi)外對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究狀況；展望了HIFU技術(shù)的應(yīng)用前景。

4、 2、闡述了目前常用的聲場(chǎng)模擬理論，包括線性聲場(chǎng)和非線性聲場(chǎng)的模擬計(jì)算方法，并介紹了HIFU中的溫度場(chǎng)計(jì)算模型。 3、用水聽(tīng)器掃描聲場(chǎng)方法測(cè)量了HIFU樣機(jī)在小功率信號(hào)和大功率信號(hào)工作方式下的聲場(chǎng)分布，并與理論計(jì)算結(jié)果相比較，兩者符合的相當(dāng)好，這就為其他聚焦方法的理論分析提供了程序正確性保證。 4、利用計(jì)算機(jī)仿真的方法，討論了換能器所產(chǎn)生的聲場(chǎng)的特性及其聚焦的特點(diǎn)，并對(duì)幾何參數(shù)對(duì)聲場(chǎng)參數(shù)的影響情況進(jìn)行了分析與總結(jié)。

5、 5、從治療安全性角度和聲場(chǎng)分布的特殊性角度設(shè)計(jì)了其他發(fā)射方式的換能器，并對(duì)其聲場(chǎng)特性進(jìn)行了模擬和相應(yīng)的比較研究。 6、描述了水聽(tīng)器測(cè)量聲場(chǎng)的原理，并對(duì)影響測(cè)量結(jié)果的幾個(gè)因素進(jìn)行了討論，介紹了兩種用于高強(qiáng)度聚焦超聲聲場(chǎng)測(cè)量的水聽(tīng)器，提出了聲場(chǎng)自動(dòng)掃描系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)方案。 7、討論了HIFU作用過(guò)程中產(chǎn)生的非線性效應(yīng)和空化現(xiàn)象，對(duì)高次諧波進(jìn)行了計(jì)算與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)空化效應(yīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。 8、討論了高強(qiáng)度聚