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HIFU声场光纤水听器的研究及呼吸门控在HIFU治疗中的应用探讨

张洁  
【摘要】:高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound, HIFU)技术是一种将超声波聚焦到病变组织内,利用超声波的热效应、空化效应、机械效应等作用使焦点处靶组织发生不可逆性凝固性坏死,且不损伤周围正常组织的非侵入式的肿瘤治疗手段。HIFU技术近年来发展十分迅速,已经成为声学和医学领域的研究热点。在HIFU技术日益发展的同时,也面临着巨大的挑战,如何准确的测量HIFU声场的声能量分布以及有效消除呼吸运动在HIFU治疗中的影响是该技术发展的两个关键问题。 本文针对现有的声场测量技术无法实现的在高声压下对HIFU声场进行测量和分析等问题,提出一种基于Parylene膜的法布里-珀罗(Fabry-Perot, F-P)型光纤水听器,该水听器结构简单,灵敏度高,可用于高声压下HIFU声场的测定。首先分析了高强度聚焦超声声场的特点,对现有的几种HIFU声场检测技术进行比较后,提出采用光纤传感技术来实现HIFU声场的测量,光纤传感器具有灵敏度高、动态范围大、抗电磁干扰能力强、敏感面积小、重复性好等优点。在分析光纤超声传感器的种类和特点基础上,通过比较传感的光纤类型,最终选定基于F-P型光纤传感器的高强度聚焦超声声场测量系统设计方案。设计并制作了一种用于HIFU声场测量的端部镀有Parylene膜的F-P型光纤水听器,对该光纤水听器的传感原理及对HIFU场的声压的解调原理进行了分析。利用基于Parylene膜的F-P型光纤水听器,搭建起测量HIFU声场的实验系统。实验结果表明基于Parylene膜的F-P型光纤水听器能准确传感超声信号,其输出与换能器驱动电压的非线性度小于0.01,与PVDF针式水听器对聚焦声场的测量结果基本一致。 本文针对在常规的HIFU治疗中,呼吸运动引起的脏器组织位移从而影响辐照靶区定位精度及治疗的安全性问题,提出一种利用呼吸门控技术提高HIFU治疗靶点定位精度的方法。利用压阻式微型呼吸传感器,设计了基于呼吸门控技术对HIFU治疗靶点进行控制的实验系统。进行了动物实验,与用常规HIFU治疗方法的定点辐照对比,检测凝固性坏死的情况。实验结果表明,该方法能够有效消除呼吸运动引起组织移位对靶区定位造成的影响,能更精确定位治疗靶区。


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