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HIFU治疗中媒质特性及声的非线性对声聚焦影响的研究

胡爱明  
【摘要】: 聚焦技术是HIFU治疗系统中最为关键的技术,聚焦效果是决定治疗安全与成功的关键。分析计算不同情况下的声聚焦特点,对提高实际治疗效果具有重要意义。本文在综述高强度聚焦超声治疗现状和归纳声波方程的基础上,从两个方面研究了HIFU治疗系统中声聚焦的影响因素。第一从声波传播的规律出发,采用Rayleigh积分研究了媒质特征对声聚焦的影响。第二通过求解声波的非线性方程—SBE方程,研究了声的非线性效应对声聚焦的影响。另外,还由Pennes方程对HIFU治疗中声聚焦与组织升温及温度分布规律的关系进行了定性分析。本论文的主要内容为: 1.归纳了声波的一般方程并介绍了非线性声学有关情况。首先,由粗略分析和精确考虑二阶微小项,分别得出声波的线性方程和非线性方程的一般形式。然后,介绍了非线性声学的发展及其两个典型方程:KZK方程、SBE方程,为声场的计算提供了理论基础。 2.关于媒质特性对声聚焦影响的研究。由声的波动本质,根据Huygens原理,以单一凹球面自聚焦声源为例,使用Rayleigh积分计算并模拟了声衰减系数、声速、温度等特性参数不同的媒质中聚焦超声的声场分布,得出单一特性对声聚焦的影响。 3.关于超声的非线性效应对声聚焦影响的研究。采用Kamakura提出的球束方程(SBE),以单一凹球面自聚焦声源为例,计算并模拟了声的非线性效应产生的各阶谐波的声场以及在不同媒质参数、声源参数条件下的谐波分布,得出非线性效应在不同条件下对声聚焦的影响。 4.对HIFU治疗中温度分布的定性分析。由Pennes方程定性分析了HIFU治疗中影响温度分布的主要因素,再次表明声聚焦对治疗的重要性。


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