本文選題：HIFU　切入點：經(jīng)顱聚焦　出處：《天津醫(yī)科大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：高強度聚焦超聲(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)治療已成功用于實體軟組織腫瘤的臨床治療。然而,對于HIFU經(jīng)顱聚焦治療腦腫瘤而言,由于顱骨及其聲學(xué)特性與軟組織完全不同且聲學(xué)特性差異很大,導(dǎo)致顱骨及其周邊組織溫度升高而受到損傷等類似問題的發(fā)生。研究目的為解決HIFU臨床治療的問題,有必要掌握HIFU經(jīng)顱骨傳播過程及其聲壓、能量分布。本文以HIFU腦腫瘤治療臨床病例為研究對象,建立包含人體頭顱在內(nèi)的三維數(shù)值仿真模型,結(jié)合64陣元球冠狀相控陣列換能器,數(shù)值仿真研究通過調(diào)控?fù)Q能器陣元發(fā)射聲波的相位,降低顱骨內(nèi)導(dǎo)致較高溫升的峰值聲壓的方法,為HIFU應(yīng)用臨床治療腦腫瘤提供有效方法。研究方法結(jié)合臨床HIFU經(jīng)顱聚焦腦組織導(dǎo)致顱骨聲壓過高的實際問題進行三維數(shù)值仿真研究。對Westervelt聲波傳播方程進行全等降階,采用時域有限差分(Finite Difference Time Domain,FDTD)法數(shù)值仿真三維空間的聲壓場分布。并利用Aubry提出利用CT圖像獲得顱骨聲學(xué)特性參數(shù)的方法,將顱骨及傳播介質(zhì)的聲學(xué)參數(shù)導(dǎo)入仿真模型中。為了實現(xiàn)HIFU經(jīng)顱聚焦并降低顱骨內(nèi)峰值聲壓,首先選用水體模型進行數(shù)值仿真與實驗對比驗證,其次將均質(zhì)化的骨板加入水體模型,對比自聚焦法、時間反轉(zhuǎn)相控法以及時間反轉(zhuǎn)法聯(lián)合降低峰值聲壓法數(shù)值仿真形成的聲壓場,并將后兩種方法應(yīng)用于HIFU經(jīng)顱聚焦的聲壓分布,初步探討聚焦深度對焦域內(nèi)聲場的影響。研究結(jié)果(一)、水體模型1.在仿真參數(shù)相同的條件下,對Westervelt聲波傳播方程分別采用降階差分和直接差分進行聲場數(shù)值仿真,其形成聲場基本一致,但前者相比后者計算速度快30.9%左右。2.在換能器表面平均聲壓一定的條件下,數(shù)值仿真所得聲軸上及焦平面軸上的聲壓特性曲線與水槽中進行的聲場測量實驗的結(jié)果幾乎一致。(二)、骨板模型1.采用時間反轉(zhuǎn)方法經(jīng)骨板聚焦形成聲場中,形成焦點位置與目標(biāo)焦點位置相一致。2.與時間反轉(zhuǎn)法相比,時間反轉(zhuǎn)聯(lián)合降低顱骨聲壓法可降低顱骨峰值聲壓,降低骨焦比,但對實際焦點位置及焦點幅值影響不大。(三)、顱骨模型1.與時間反轉(zhuǎn)法相比,時間反轉(zhuǎn)聯(lián)合降低顱骨聲壓法可降低顱骨峰值聲壓、降低骨焦比,但對實際焦點位置及焦點幅值影響不大。2.當(dāng)焦距一定的條件下,采用時間反轉(zhuǎn)法經(jīng)顱聚焦,隨聚焦深度L2降低,顱骨內(nèi)峰值聲壓幅值升高,實際焦點幅值降低,骨焦比增大。3.在焦距一定的條件下,采用時間反轉(zhuǎn)法經(jīng)顱聚焦,當(dāng)聚焦深度L2大于30mm時,顱骨外層骨皮質(zhì)內(nèi)聲壓大于顱骨內(nèi)層骨皮質(zhì)內(nèi)聲壓;當(dāng)聚焦深度L2小于30mm時,顱骨外層骨皮質(zhì)內(nèi)聲壓小于顱骨內(nèi)層骨皮質(zhì)內(nèi)聲壓。4.當(dāng)聚焦深度L2小于30mm時,需要采用時間反轉(zhuǎn)聯(lián)合降低顱骨聲壓的相控聚焦方法,降低顱骨內(nèi)可能對顱骨及周邊組織造成損傷的峰值聲壓。結(jié)論1.采用時間反轉(zhuǎn)法調(diào)控經(jīng)顱HIFU相控?fù)Q能器陣元相位可實現(xiàn)在目標(biāo)靶區(qū)聚焦。2.當(dāng)顱骨內(nèi)存在峰值聲壓,采用時間反轉(zhuǎn)法聯(lián)合降低顱骨聲壓方法,可降低顱骨內(nèi)的峰值聲壓。3.當(dāng)焦距一定的條件下,采用時間反轉(zhuǎn)法經(jīng)顱聚焦,聚焦深度L2與骨焦比呈負(fù)相關(guān)。4.在焦距一定的條件下,當(dāng)小于臨界聚焦深度L2時,需采用時間反轉(zhuǎn)法聯(lián)合降低顱骨聲壓方法進行經(jīng)顱聚焦,減少對顱骨及周邊組織的損傷。
[Abstract]:In order to solve the problems of high intensity focused ultrasound ( HIFU ) in the treatment of brain tumors , a three - dimensional numerical simulation model for HIFU has been used to study the acoustic pressure distribution of the skull and its surrounding tissues . 3 . When the focal length L2 is less than 30 mm , the time reversal method can be used to reduce the peak acoustic pressure in the internal cortical bone of the skull .

【學(xué)位授予單位】：天津醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TB559;R739.41

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本文編號：1671494