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高强度聚焦超声（high-intensity focused ultrasound,HIFU）经颅治疗时,由于颅骨的非均质结构及其与周边组织的声阻抗差值大等,在颅骨处可能形成强反射波,导致驻波形成及能量损耗,同时也可能引发颅骨及周边组织的热损伤。本研究以颞骨磷区、枕骨区及顶骨区骨窗为例,分析不同声窗的治疗激励信号频率的影响,筛选对应声窗下的最适应阵元激励频率并在该激励频率下研究其焦距可调控范围;基于相位转换打破形成驻波条件的方法消减驻波,并分析颅外驻波对经颅HIFU声压场及温度场的影响。研究结果表明,不同颅骨部位声窗最适用频率不同,最适频率下的焦距可调控范围也不同;采用相位转换可消减驻波,驻波消减后,焦域处声压增大,温升速率提高。驻波消减相位转换频率fr与阵元激励频率f相关。研究目的在HIFU经颅聚焦时,利用64阵元小开口凹球面换能器可自由选择骨窗的特点,应对不同位置肿瘤可选择不同入射骨声窗,对不同骨声窗的最佳阵元激励频率进行筛选,研究不同骨声窗在各自最佳聚焦环境下的聚焦可调控能力;由于颅骨存在对超声波具有的反射作用,使得反射的声波与连续发射的入射波相遇且满足振幅、频率、波长及相位差相同的条件而形成驻波,通过对经颅的信号相位转换法打破驻波形成条件,降低颅外驻波强度,并研究驻波消减前后对焦域的聚焦效果的影响。研究方法首先利用64阵元相控换能器（开口直径100 mm,曲率半径80 mm）与人体头颅CT图像数据利用时域有限差分法（FDTD）建立3D仿真模型,分别以颞骨、枕骨和顶骨区为骨声窗,采用时间反转法及热点消除法,分析讨论不同骨声窗的最适阵元激励信号频率及焦距的可调控范围;其次,在各个声窗对应的最适频率下,采用等时间间隔驻波0或π相位转换驻波消减法,分析对应频率下相位转换时间间隔对驻波消减的影响,并研究驻波消减前后焦域声压场及温度场的变化及相位转换频率与阵元激励频率的关系;最后,在水槽中分别对骨骼较薄的羊肩胛骨及较厚的人体颅骨进行声压场及焦域的实验,验证不同骨声窗对聚焦的影响不同。研究结果1.分别选择颞骨鳞部,枕骨部,顶骨部作为骨声窗,通过频率筛选可知,颞骨鳞部骨声窗在阵元激励频率为0.6MHz时聚焦效果最佳;枕骨及顶骨窗在0.7MHz时聚焦效果最佳。对不同患者的研究发现,各个骨窗最适聚焦频率不同。2.最适阵元激励频率下,颞骨无损伤最大L1max为55mm,枕骨及顶骨均为50mm。3.颞骨声窗的最小聚焦深度为20mm,枕骨22.5mm,顶骨可达最小聚焦深度为27.5mm,可知通过颞骨可对更浅表脑肿瘤进行聚焦治疗。通过比较可发现颞骨离轴调控能力最强,可达离轴7.5mm处聚焦;枕骨及顶骨较差,可离轴2.5mm聚焦。4.颞骨声窗激励频率为0.6MHz时,其抑制效果最佳的相位转换时间间隔为6μs;枕骨及顶骨声窗激励频率为0.7MHz时抑制效果最佳的转换时间间隔为5μs。在抑制效果最佳的相位转换时间间隔时,其驻波比值最小,且同时焦点处声压值最大。通过驻波消减后,焦点处声压和温升均有大幅度升高,以颞骨骨声窗阵元激励频率0.6MHz辐照时间10s为例,焦点处温升提高约14.1℃,颅骨处的声压和温升则略有提高。同一辐照时间下驻波消减后的焦域体积较驻波消减前有大幅度增加。5.驻波消减的相位转换频率fr为阵元激励频率f的30%时驻波消减效果最好。增大输入声强对驻波消减的效果影响甚微,随着声强增大,焦域体积增大。6.实验验证超声波经骨骼后,声压场声压急剧下降。7.在相同输入功率和辐照时间下,经颅骨声压曲线较羊肩胛骨更为平滑,但声压值较小。8.实验结果显示,较薄的羊肩胛骨作为骨窗可产生较小焦域,而人体顶骨在最大辐照剂量下无焦域产生,继续增大剂量骨骼处产生热损伤。研究结论1.不同的骨声窗对HIFU经颅聚焦的影响不同,其最适激励频率也不同,在最适频率下,其聚焦效果最佳,且在轴及离轴聚焦可调控能力最强。2.骨骼较薄的骨声窗（如颞骨鳞部）聚焦效果较好,能在更大脑浅表形成聚焦焦域,治疗脑浅表肿瘤。3.0或π相位转换驻波消减法能有效抑制驻波,相位转换驻波消减法后可使超声能量向焦域聚集,大幅度提高焦域声压值,加快温升速度,缩短治疗时间。4.选择合适的相位转换频率可达到更好的抑制效果,而该频率选取与阵元激励频率相关。5.实验验证了仿真中骨骼对HIFU聚焦焦域的极大影响,且验证了不同结构的骨声窗其对HIFU聚焦效果的影响有很大差异。经结构简单的羊肩胛骨可以形成不规则发散焦域;经结构复杂的人颅骨则无法形成焦域。本研究通过数值仿真方法,研究不同骨声窗下,HIFU聚焦效果的差异性以及不同的骨声窗在其最适阵元激励频率下的可调控能力,为临床治疗计划提供了一定的参考;研究了一种高强度聚焦超声经颅治疗时颅外驻波消减的方法。该方法基于时间反转法,颅骨处高热点消减法,利用对阵元发射信号的相位做等时间间隔转换的方法对存在于颅外的驻波进行抑制。通过该方法不仅降低了驻波强度,更在不改变输入条件的前提下提高的聚焦区域的能量,加快温升速度,提高治疗效率。