脉冲高强度聚焦超声脉冲参数与焦点声压的关系研究

来源 :重庆医科大学 重庆医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuhui269
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高强度聚焦超声(HighIntensity Focused Ultrasound,HIFU)技术是一种新兴的发展迅速的非侵入治疗技术,目前已经被用于多种肿瘤、非肿瘤疾病的临床治疗中,并取得了很好的疗效。HIFU的作用机制主要是热效应、空化效应和机械效应,临床上主要依靠HIFU的热效应及空化效应达到肿瘤消融的目的。HIFU治疗过程中,空化现象产生的空化气泡能促使靶区温度的进一步升高,一定程度上有助于目标的消融,但持续的HIFU辐照过程中,大量的空化气泡使声波在焦前区发生散射产生屏蔽作用,热量随之在焦前区累积,使辐照的损伤横向面积变得更大,同时损伤位置向换能器方向移动,损伤形状也由分布均匀的“雪茄型”变化为“蝌蚪形”,影响治疗的精度。随着HIFU研究的不断深入和临床应用,人们发现低占空比、短持续时间的脉冲高强度聚焦超声(Pulsed High Intensity FocusedUltrasound,PHIFU)辐照生物组织时,能够依靠超声的机械效应精准地摧毁靶区组织而不引起焦区温度的显著上升,PHIFU辐照过程中由于脉冲持续时间短,空化现象未及发生或者会有少量空化出现,但少量的空化气泡不会对声能产生显著的屏蔽作用,同时焦点声压值能够瞬时达到很高数值,依靠PHIFU焦区的高声压作用达到对摧毁靶区组织的目的,这对于提高治疗精确性和操作可控性具有潜在优势。PHIFU辐照过程中不同脉冲宽度及占空比参数对焦点声压会有怎样的影响、空化现象出现后焦区声压的具体变化,成为目前亟待研究的问题。基于此,本文分析了现有声场测量的方法,并对声光折射法进行了近似,用于测量脉冲聚焦声场的焦点声压;针对现有超声换能器不能方便地进行脉冲参数调整,本文提出了一种基于AD9850的可调脉冲信号发射器,可方便进行脉冲宽度的调整,最小脉冲宽度可至0.1ms,在此基础上测量了不同脉冲宽度参数,及脉冲间隔参数下,焦点声压随输入电压的变化数据,并与连续波辐照下进行对比,得出不同的脉冲参数下,焦点声压的变化规律及焦点的声压极值,为后续临床实验及仪器开发提供基础,结果显示在脉冲宽度大于1ms时,不同的脉冲宽度参数及脉冲间隔参数输入下,焦点声压随电压变化规律一致,空化现象出现后焦点声压仍会继续升高并达到极值,空化气泡大量出现后焦区声压下降,焦区声压极值达10MPa。
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