收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

超声激发高强度聚焦超声所致沸腾气泡散射声信号的研究

李成海  
【摘要】:研究背景高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound)已被广泛用于子宫肌瘤、肝癌、乳腺癌、胰腺癌、前列腺癌以及肾脏肿瘤等良/恶性实体肿瘤的无创治疗。其治疗原理是采用一定聚焦方式将体外低能量超声聚焦到体内形成一个能量高度集中的区域,通过热、空化等机制使该区域内组织产生不可逆凝固性坏死,而对焦域外组织不产生影响。当HIFU作用于组织时会在其焦点区域产生空化和(或)沸腾气泡,气泡的产生会影响声波的非线性传播,进而影响温度场。因此:空化/沸腾气泡的检测和控制成为研究的重点和难点。本文第一部分结合现有研究报道的空化和沸腾气泡的检测手段,控制HIFU作用于新鲜离体牛肝组织,分别获得不同的辐照参数实现三种辐照方式:1)单纯热损伤;2)单纯空化损伤;3)空化和沸腾同时发生。在此基础上,论文第二部分分别探究气泡对B超的散射1—3MHz宽带声信号(以下简称“1—3MHz宽带声散射信号”)与多普勒快速闪烁伪影(Twinkling Artifact, TA)实现HIFU所致空化/沸腾气泡检测。目的通过控制HIFU辐照参数获得单纯热损伤、单纯空化损伤、空化和沸腾同时发生的三种辐照方式,在此基础上探索使用1—3 MHz宽带声散射信号和多普勒快速闪烁伪影分别实现HIFU所致沸腾气泡、空化和沸腾气泡的检测,为检测、研究和认识HIFU声场中空化/沸腾气泡提供一种新的手段。方法1.单纯热损伤、单纯空化损伤、空化和沸腾同时发生辐照方式的实现采用0.94MHz的HIFU辐照新鲜离体牛肝组织,辐照过程中同步使用PCD、热电偶与B超分别检测5—10MHz宽带噪声、温升以及强回声,通过调节HIFU辐照参数(声强、脉冲重复频率、占空比和时间),分别实现单纯热损伤、单纯空化损伤、空化和沸腾同时发生的辐照方式。2.B超激发HIFU所致沸腾气泡1—3 MHz宽带声散射信号的研究使用HIFU参数:1)单纯热损伤:焦点ISAL 530 W/cm2,连续波,辐照时间80s;2)单纯空化损伤:焦点ISAL 4820 W/cm2,脉冲波(PRF和占空比分别为4 Hz和2%),辐照时间30 s;3)空化和沸腾同时发生:焦点ISAL 2890 W/cm2,脉冲波(PRF和占空比分别为4 Hz和50%),辐照时间20 s。分别使用上述三种辐照参数的HIFU作用于新鲜离体牛肝组织,过程中同步使用中心频率3.5 MHz的B超检测强回声,热电偶测量焦域处温升,通过与B超探头垂直放置的宽带换能器(中心频率5 MHz)检测气泡对B超声束的散射并量化为1—3 MHz宽带声散射信号的检测。按下述要求分析相应的数据:(1)通过分析单纯热损伤时辐照过程中及结束后的散射信号与温度、强回声、超谐波(4、5、6次谐波)之间的时序关系,确定1—3 MHz宽带声散射信号与沸腾气泡产生起始时间的时序关系及其活动规律;(2)对比单纯空化、空化和沸腾同时发生两组的声散射结果,区分空化与沸腾对1—3 MHz宽带声散射信号的贡献;(3)对比沸腾发生时B超工作与不工作下1—3 MHz宽带声信号的检测结果,确定1—3MHz宽带声信号的来源;(4)各辐照方式下分别检测来至焦点区域的脉冲回波信号,进一步确证使用1—3 MHz宽带声散射信号检测]HIFU所致沸腾气泡的可行性。3.多普勒激发HIFU所致空化/沸腾气泡快速闪烁伪影活动规律的研究分别使用所获得参数的HIFU作用于新鲜离体牛肝组织,采用彩色多普勒模式的B超同步检测辐照过程中以及辐照结束后的快速闪烁伪影与强回声,分别分析各辐照下的伪影及强回声变化,确定快速闪烁伪影随空化/沸腾气泡的活动规律。结果1.采用连续波、ISAL530 W/cm2、辐照时间80s,ISAL4820 W/cm2.脉冲波(PRF和占空比分别为4 Hz、2%)、辐照时间30s,ISAL 2890 W/cm2脉冲波(PRF和占空比分别为4 Hz、50%)、辐照时间20s分别辐照离体牛肝组织可实现单纯热损伤、单纯空化损伤、空化和沸腾同时发生的辐照方式。2.采用单纯热损伤的辐照参数,辐照过程中温升达到沸腾空化阈值后,1—3 MHz宽带声散射信号与高次谐波成分同时出现阶跃性升高;辐照结束后随着温度的下降,强回声面积减小,声散射信号幅度逐渐降低并以T=0.05 s周期性变化,最终强回声面积减小至辐照前水平的同时声散射信号幅度降低到背景噪声水平。3.对比单纯空化、空化和沸腾同时发生两组的B超声散射结果发现,“on”阶段两组由于空化作用皆处于较高水平;未受HIFU作用的“off”阶段以及辐照结束后,单纯空化损伤组未检测到1—3 MHz宽带声散射信号,而空化与沸腾同时发生组则可检测到且以T-0.05 s周期性变化。4.对比B超工作与不工作下的声散射结果发现,当沸腾气泡存在时只有在B超工作下才可检测到1—3 MHz宽带声信号。5.脉冲回波的检测结果可见,只有在沸腾发生组辐照结束即刻才可见来至焦点区域的脉冲回波信号,与B超工作下的声散射结果一致。6. HIFU辐照过程中沸腾发生时,“off”阶段可见TA的存在,随着辐照时间的延长TA的面积呈增大的趋势直至辐照结束;辐照结束后,TA的存在时间远小于强回声的存在时间;TA存在的整个过程中其面积始终大于强回声并覆盖强回声区域。7.当只产生空化气泡而未发生沸腾时,辐照过程中明显检测到TA的存在但未见回声增强,辐照结束后TA立即消失。结论1.采用连续波、ISAL530 W/cm2、辐照时间80s,ISAL4820 W/cm2、脉冲波(PRF和占空比分别为4 Hz、2%)、辐照时间30s,ISAL 2890 W/cm2脉冲波(PRF和占空比分别为4 HZ、50%)、辐照时间20s分别辐照离体牛肝组织可实现单纯热损伤、单纯空化损伤、空化和沸腾同时发生的辐照方式。2.分别在单纯热损伤、单纯空化损伤、空化和沸腾同时发生的辐照下结合1—3 MHz宽带声散射信号进行采集,结果发现:1)辐照过程中若只发生沸腾空化,1—3 MHz宽带声散射信号可以准确地检测出HIFU所致沸腾气泡产生的起始时刻;2)对比单纯空化、空化和沸腾同时发生两组的声散射结果可以排除空化对1—3 MHz宽带声散射信号的贡献;3)沸腾发生时对比B超工作与不工作下的检测结果说明1—3 MHz宽带声信息的来源为焦点区域沸腾气泡对声波的散射作用;4)脉冲回波的检测结果与B超声散射结果一致,进一步验证了借助B超声散射信息实现HIFU所致沸腾气泡检测的有效性。综上说明,当辐照过程中发生沸腾时,辐照结束后沸腾气泡的活动规律可以结合强回声与1—3 MHz宽带声散射信号的检测进行表征,特别是用于单纯热损伤辐照时还能准确地检测出HIFU所致沸腾气泡产生的起始时刻。3.辐照过程中可通过TA检测沸腾气泡的发生,辐照结束后也能反映其溶解过程;当使用脉冲进行辐照时,“off”阶段TA对空化泡具有很强的分辨能力可用于HIFU辐照过程中空化气泡的检测。表明TA可用于HIFU所致空化/沸腾气泡的检测并具有很好的灵敏性。


知网文化
【相似文献】
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄蓓;章东;龚秀芬;;刚性边界附近包膜微泡的声散射特性[A];2009年度全国物理声学会议论文集[C];2009年
2 叶超;姬培锋;杨军;;声散射声现象的实验研究[A];2006年声频工程学术交流会论文集[C];2006年
3 宋智广;张小凤;张光斌;郝君宇;李小云;周方;;弹性介质中弹性柱的声散射特性研究[A];中国声学学会第九届青年学术会议论文集[C];2011年
4 龚家元;安俊英;马力;徐海亭;;大目标声散射计算的快速多极边界元法[A];中国声学学会水声学分会2013年全国水声学学术会议论文集[C];2013年
5 宋延勇;苏明旭;蔡小舒;沈嘉祺;薛明华;;刚性颗粒的声散射计算及复散射场分析[A];中国颗粒学会第六届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集(上)[C];2008年
6 尤云祥;缪国平;刘应中;;三维声散射反问题的一种快速算法[A];第十三届全国水动力学研讨会文集[C];1999年
7 孙阳;徐海亭;;部分充水结构弹性球壳的低频声散射特性[A];中国声学学会2006年全国声学学术会议论文集[C];2006年
8 高华;徐海亭;;球冠圆柱在浅海波导中的声散射[A];中国声学学会2006年全国声学学术会议论文集[C];2006年
9 朱凤芹;陈文剑;赵志伟;孙辉;;水中内部流体填充的弹性球壳声散射特性研究[A];2007年全国水声学学术会议论文集[C];2007年
10 潘安;范军;金丽萍;;鳊鱼形艇型声散射特性研究[A];第十四届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2013年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 姜琳;板壳结构的声散射数值及实验分析[D];大连理工大学;2008年
2 陈文剑;水下角反射体声学标记物反向声散射特性研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
3 冯玉田;水中目标声散射特性研究[D];上海大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 李成海;超声激发高强度聚焦超声所致沸腾气泡散射声信号的研究[D];重庆医科大学;2015年
2 张剑飞;水下大尺度目标声散射特性研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
3 刘明;粗糙海面声散射特性研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
4 华大成;弹性圆柱体的声散射研究[D];中国海洋大学;2010年
5 张一弛;水下粗糙界面声散射建模研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 刘孝斌;流体中弹性球壳声散射研究[D];中国海洋大学;2009年
7 王劭婷;厚度畸变壳体声散射特性研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
8 陈文剑;超临界角入射界面下球体的声散射[D];哈尔滨工程大学;2008年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978