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《重庆医科大学》 2009年
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智能型超声体模的研究

田耘博  
【摘要】: 高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)是近年来迅速发展的无创治疗技术。HIFU的聚焦性能和剂量与治疗的安全性、有效性和稳定性密切相关。本课题旨在采用一种温度敏感性智能水凝胶作为智能型超声体模,通过对其体积相变温度的调控,多种声学、热学参数的检测,以及在HIFU中效应的初步检测,探索了其用于治疗型超声换能器聚焦性能评价,计量超声治疗剂量等方面的可行性。 聚(N-异丙基丙烯酰胺-共-丙烯酰胺)[ Poly(N-isopropylacrylamide- co-acrylamide),P(NIPA-co-AA)]水凝胶是一种共聚水凝胶,具有温敏性,其中的丙烯酰胺(Acrylamide,AAm)与N-异丙基丙烯酰胺(N-isopropylacrylamide,NIPA)的摩尔比例,与P(NIPA-co-AA)水凝胶的较低临界溶解温度(Lower critical solution temperature,LCST),即体积相变温度直接相关。通过AAm和NIPA的不同比例合成的水凝胶LCST测试,找到了适合作为仿组织体模的配比制作方式。通过与水的比较,检测出智能体模的密度,用插入取代式脉冲传输法检测声速,进而计算出声阻抗,采用声辐射压力法测试出声衰减系数。在热学参数检测中,比热用差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry,DSC)测量,导热系数用热丝法检测,通过这些参数的测定,可以确定智能体模与生物软组织的相似程度。后续的聚焦超声效应观测,用HIFU进行点辐照,研究相同功率下不同作用时间智能体模内可视化焦域的形成以及焦域长短轴之比的变化规律,还研究了焦域消失随时间的变化规律;用聚焦超声进行不同功率下相同时间的点辐照,研究功率增加与可视化焦域体积变化的规律。 通过上述实验研究发现了AAm/NIPA(M/M)与智能体模相变温度的规律,当AAm/NIPA(M/M)为0.41时,智能体模的相变温度为61℃,体模外观呈果冻状,无色透明,表面光滑,平整,具有良好的塑性、弹性和韧性;其内部质地均匀,无气泡。检测出智能体模相变前的各项参数为:密度为1.03±0.02 g/cm3,声速为1559±9 m/s,声阻抗1.60×106 Pa·s/m,声衰减系数12±3 dB/m(1MHz),比热容和导热系数与水很接近,说明本智能体模从物理性质上适合作为一种仿组织材料。HIFU辐照智能体模时,体模内可以清晰的呈现出白色不透明椭球形焦域,这种可视化焦域的形态及体积大小与辐照剂量相关。 本研究表明,这种智能体模可用于治疗型聚焦超声换能器的聚焦性能评价,利用智能体模产生的可视化焦域的形态及大小参数,可作为一种聚焦超声波剂量的计量方式。后续的研究,将结合多相变,多层次的生物组织作为声传导介质来作进一步的探索。这种智能体模,在聚焦超声的效应观测,聚焦超声治疗剂量学研究,治疗型超声换能器研发,标准制定,临床运用等诸多方面将发挥巨大的作用。
【学位授予单位】:重庆医科大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:R319

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