高強度聚焦超聲治療聲場和溫度場控制方法研究.pdf

1、高強度聚焦超聲(HIFU)治療目前已經(jīng)被成功地用于多種腫瘤治療之中。其原理是:運用超聲換能器將聲能匯聚到生物體腫瘤所在區(qū)域，通過各種效應(yīng)，尤其是熱效應(yīng)，使該區(qū)域腫瘤細胞發(fā)生蛋白質(zhì)變性，且盡可能不損傷周邊正常組織，從而達到治療目的。在臨床應(yīng)用中，由于延時、超調(diào)、振蕩、用時過長等原因，皮膚燒傷、鈣化、治療不徹底、神經(jīng)損傷等問題時有出現(xiàn)，因此治療目標區(qū)域的聲強和溫度控制非常重要。
　　本文以生物熱傳導(dǎo)模型為基礎(chǔ)，對不同換能器在生物組織中

2、產(chǎn)生的聲場和溫度場進行了仿真，分析了各種參數(shù)對聲聚焦的影響，并提出了溫度控制方法。所做工作如下:
　　1.建立生物組織模型，研究了生物熱傳導(dǎo)問題、聚焦聲場的計算方法和模糊控制有關(guān)理論。
　　2.研究了凹球面換能器在單層和多層生物媒質(zhì)中產(chǎn)生的聲場，分析了聲源及組織參數(shù)對聲場影響。結(jié)果表明:聲速越大或頻率越低，其最大聲壓值越大、焦距越短;初始聲壓越大或吸收系數(shù)越小，其最大聲壓值越大、焦距幾乎不變;多層媒質(zhì)中某層厚度的變化對焦域最

3、大聲壓值有一定的影響。
　　3.運用偽逆算法研究了相控陣換能器在生物媒質(zhì)中實現(xiàn)聚焦時的聲場，分析了不同參數(shù)對聲場特征的影響。結(jié)果表明:換能器陣元間距變大或者陣元寬度變小，焦點處聲壓會變小;換能器頻率不同時，不能采用相同信號進行驅(qū)動;生物媒質(zhì)參數(shù)相差較大時，其焦域面積也相差較大;某層的吸收系數(shù)或厚度發(fā)生變化時，其焦點聲壓會受到影響;通過改變陣元驅(qū)動信號，換能器能形成多個焦點，適用于治療大腫瘤。
　　4.將模糊控制方法用于HIF

4、U治療時溫度控制，研究了凹球面換能器加熱單層媒質(zhì)和多層媒質(zhì)時溫度控制效果，及相控陣換能器加熱時單點和多點溫度控制效果，并與傳統(tǒng)PID控制進行了比較。結(jié)果表明模糊控制優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制，避免了傳統(tǒng)控制中出現(xiàn)的延時、超調(diào)、振蕩、用時過長等問題。
　　本文做了大量的仿真研究，分析得出了不同參數(shù)對聲場的影響以及聲場優(yōu)化方法;在HIFU加熱治療中提出了模糊控制方法，能有效提高治療的安全性和效率。所做工作對HIFU治療應(yīng)用有重要意義，其結(jié)果對