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有关超声驻波法医学应用若干模式的理论分析及工程实现

王晓庆  
【摘要】:超声驻波是超声干涉波的一种特殊形式。以往有关超声驻波在生物医学领域中的理论研究和应用研究不仅缺乏全面性,而且对许多方面没有明确的认识,有时甚至呈现出矛盾。为了能够在生物医学领域中系统地阐明超声驻波的作用,尤其利用超声驻波特异性的作用解决现代医学中的前沿问题,本论文对超声驻波进行了有关的基础和应用方面的研究。 超声驻波的特性使其在作用于血液和软组织时表现出不同的效应。因此研究超声驻波与生物组织的相互作用也因而分成两种情况。 本论文关于超声驻波在血液方面的研究旨在提出一种实用的血液分离方法,为现代医学中的自体血液回输、血液制品制备等找到一种价格低康、性能优异的有效方法。鉴于前入有关研究的缺陷,本论文首先对超声驻波场中红细胞沉降加快的现象进行了理论上的详细分析。从而实现了对这一过程完整的数学、物理描述,为超声驻波血细胞分离方法的工程优化奠定理论基础。 基于上述的理论分析,本论文以满足临床要求为目的——设计了能够大量、快速分离血细胞的超声驻波血细胞分离装置。该装置采用了新的声学设计,并通过适当选定参数,使超声柱面驻波的汇聚作用与血液对超声的衰减达到最大程度上的弥补,使血细胞受超声辐射的剂量降低到了最低水平。 对优化设计的超声驻波血细胞分离装置的实验表明,血细胞的生化参数,生理功能未受到超声辐射的影响。这一新的血细胞分离方法的建立将为临床自体血液回输、血浆制品的制备等领域提供新的手段,从根本上改变离心机价格昂贵、体积庞大、容易损坏、维修复杂的现有状况。 本论文关于超声驻波与软组织相互作用的研究旨在对超声治疗肿瘤提出一种新的见解,阐明在超声治疗过程中目前未见解释的一些现象,从而寻求到一种有别于已有文献报导,可望在采用远低于目前国内外有关研究所用超声强度的前提下,具有空问定位准确、边界清晰的治疗方法。 为此,本文在对高强度聚焦超声作用组织时所出现损伤区提前等现象和超声驻波对组织所产生的破坏性作用进行分析之后,进一步提出了以超声驻波治疗癌症的具体构想,从理论上对可控区域性超声驻波的可能性作了论证,并实现了难度较高的工程设计方案。本论文对采用这种实验装置所形成的区域超声驻波进行了实验观察并用此装置对离体肝细织作了初步实验,获得了与理论预期相一致的结果,提供了可信的依据。 本论文的工作对其它方面的有关研究也将有所裨益。


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