HIFU超声换能器测试与数值仿真分析.docx

天津医科大学硕士学位论文 中文摘要 高强度聚焦超声是近年来新兴的一种肿瘤治疗手段，并应用于临床治疗。但 在临床治疗过程中，常会出现治疗靶区肿瘤组织不能完全致死、皮肤烧伤等临 床治疗问题，使该治疗的安全性不能保障。为了解决这些临床问题有必要对HIFU 换能器声场、温度场进行有效的预测和测量。 研究目的 通过对水体中HIFU换能器声场的分布以及离体组织、仿组织体模HIFU温度 场实验的研究，分析讨论HIFU声场分布、焦域温度场及组织损伤特性变化规律。 从而为HIFU治疗计划的制定提供有效的数据和仿真方法。 研究方法 (1)通过PT探针式水听器实际测量水槽内HIFU换能器声压分布，并与相 对应数值仿真模型结果进行对比方法，验证和修改仿真方法。 (2)通过在不同激励条件下对液晶感温膜和仿组织体模进行辐照，讨论焦 域形状变化规律以及焦域温度分布。 (3)通过在不同激励条件下对离体猪肝组织下进行辐照，讨论损伤区域大 小和形状的变化规律。 研究结果 1．HIFU换能器声场的测定与数值仿真 (1)相同激励频率、不同激励功率条件下，随着激励功率的增加焦点处声 压值变大，焦点位置基本不变； (2)相同激励功率、不同激励频率条件下，在共振频率下焦点处的声压值 最大，随着频率的降低，形成的焦点位置向远离换能器一侧移动： (3)数值仿真声压分布与实验测量结果相一致； (4)在实际操作中如果需要在低于共振频率条件下得到与共振频率下所形 成的焦点声压，可以通过增大激励功率的方法得到实现。 2．HIFU仿组织体模实验 (1)在对HIFU辐照仿组织体模焦域温度分布实验中，68．5℃．73．5C之间 的区域面积较小，73．5℃以上区域面积最大其形状基本为椭圆形； (2)HIFU辐照仿组织体模后，68．5C．73．5C之间的区域面积较小，73．5℃ 以上区域面积最大。随着激励功率的增加，73．5℃以上区域面积逐渐变大，长短  天津医科大学硕士学位论文 轴都逐渐变大，长轴变化幅度大于短轴变化幅度； (3)HIFU辐照仿组织体模后，68．5℃．73．5℃之间的区域面积较小，73．5℃ 以上区域面积最大。随着照射时间的延长，73．5C以上区域面积逐渐变大，长短 轴都逐渐变大，长轴变化幅度大于短轴变化幅度。 3．HIFU离体组织猪肝组织实验 (1)随着激励功率的增加，猪肝组织内形成的变色焦域最大剖面的面积逐 渐增大，长短轴的长度逐渐增加，长轴变化程度较大。当激励功率在170w和190w 时，HIFU辐照后焦域形状呈规则的椭圆形，当激励功率增加到220w时，HIFU 照射后焦域形状变得不规则； (2)随着照射时间的延长，猪肝组织焦域最大剖面的面积逐渐增大，长短 轴的长度逐渐增加，长轴变化程度较大。当照射时间在8s和10s时，HIFU辐照 后焦域形状为规则的椭圆形；当照射时间增加到12s时，焦域形状变得不规则。 结论 (1)随着激励功率的增加，焦点声压变大，位置不变；随着激励频率的增 加，共振频率下焦点声压最大，随着激励频率的降低焦点位置向远离换能器一 侧移动；仿真结果与实验结果基本一致。 (2)随着激励功率增加和照射时间的延长，仿组织体模和离体猪肝组织焦 域面积都逐渐变大，长短轴均变大，长轴变化幅度大子短轴变化幅度；在高激 励功率和长照射时间下，离体猪肝损伤区域形状可能变得不规则。 关键词： 高强度聚焦超声声场温度场肿瘤治疗 n  天津医科大学硕士学位论文 Abst ract 111 recent years，Hi．gh Intensity Focused Ultrasound(HIFU)has re·eme玛ed as a minimally invasive and non-ionizing therapeutic modality for the treatment of a variety of solid tumors，including both malignant and benign tumors．But for HIFU tumor thempy system,several potential complications such as skin burns and incomplete coagulation of tissue damage may occur,and it call not be guarantee the safety of this treatment．Hence，it is necessary to forecast and measure effectively the acoustic field and temperature field of HIFU transducer． objeetive By H