声通道上的条状障碍物对HIFU声场和生物学焦域的影响研究

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1、重庆医科大学硕士研究生学位论文声通道上的条状障碍物对HIFU声场和生物学焦域的影响研究摘要研究背景高强度聚焦超声(HighIntensityFocusedUltrasound，HIFU)是近年来新兴的一种体外无创治疗肿瘤技术。治疗的物理原理是：通过一定形式的超声聚焦换能器，将超声能量聚焦于靶组织，在1秒钟内使靶组织迅速升温至65。C以上，导致蛋白变性，从而使靶组织发生不可逆的凝固性坏死，达到无创治疗的目的。近年来，HIFU作为一种非侵入性的、有效的、可行的治疗技术，已成功的在临床上应用于肝脏、肾脏、胰腺、前列腺、骨骼、子宫等部位的肿瘤治疗。然而在HIFU的临床应用中，还存在一些

2、问题。在临床应用HIFU治疗受肋骨阻挡的肝癌时，由于肋骨的存在，声场发生了强烈的衍射，使得声场发生畸变；肋骨具有很强的声衰减能力，声波几乎无法从肋骨中穿透过去，而只能从肋骨之间的缝隙中穿透过去，致使声能量衰减；由于声能量在肋骨表面的沉积，致使靠近肋骨表面的组织发生烫伤，皮肤损伤。因此，如何准确预测肋骨后方的声场，从而提高HIFU治疗的准确性和有效性是当前治疗超声领域迫切需要解决的问题。声通道上的肋骨本研究受国家自然科学基金重点项目(NO．30830040)资助2重庆医科大学硕士研究生学位论文究竟对HIFU声场及生物学焦域有何影响?本研究引导声束透过肋间隙、肋缘及正对肋骨，在每种

3、情况下将肋骨分别置于距焦平面3cm、6cm、9cm处，采用水听器描绘出每种情况下声场的分布。在离体组织中进行HIFU辐照，研究HIFU声束透过肋骨时，肋骨对HIFU生物学焦域的位置、形态以及体积的影响和肋骨表面发生的变化。同时研究聚焦超声换能器的f-number(即换能器焦距与直径的比值)对HIFU透过肋骨后生物学焦域的影响，为临床选择合适的换能器提供建议，对临床应用HIFU治疗受肋骨阻挡的肝癌提供建议，同时为应用HIFU在不切肋骨隋况下治疗肝癌提供理论基础。目的1．研究声通道上的条状障碍物对HIFU声场的影响，对临床应用HIFU治疗有肋骨遮挡的肝癌提供理论基础。2．研究相同输

4、出声功率下，声通道上的条状障碍物对HIFU生物学焦域位置、形态、体积的影响；研究提高输出声功率以补偿条状障碍物对声能量的衰减，声通道上的条状障碍物对HIFU生物学焦域的影响，以期对临床应用HIFU治疗有肋骨遮挡的肝癌提供建议。3．研究聚焦超声换能器的f-number(超声换能器焦距与直径比值)对HIFU透过条状障碍物的生物学焦域的影响，为临床选择合适的换能器提供建议。方法1．采用声场测量系统(由重庆海扶(HIFU)技术有限公司研发)对声场进行测量，该系统主要由水听器、吸声水槽、吸声靶、吸声材3重庆医科大学硕士研究生学位论文料、三维运动装置、功率源、示波器、计算机组成。聚焦超声换

5、能器参数：频率1．0MHz，直径200mm，焦距130mm。本实验采用聚苯乙烯(p：1．059／cm2,c=2340m／s，or=0．2dB／cm)来模拟肋骨。肋宽10mm，肋间隙20mm，厚度5mm。通过水听器描点的方式，采用声场测量系统进行声场测量。测量前对水听器进行校对，令水听器的声轴与聚焦换能器的主声轴处于声学共轴状态，还要求该共同声轴与水听器移动的z轴平行。将水听器沿共同声轴移动，找到被测系统的声压焦点位置，并且清除换能器和水听器表面的污物，在清水中浸泡30min，确保测量过程中其表面无气泡，仪器预热15min。首先测量HIFU声通道上不引入肋骨时的声场，然后将肋骨置

6、于HIFU声通道中，HIFU声束分别沿肋间隙正中聚焦、沿肋骨边缘聚焦和正对肋骨聚焦。在每种聚焦方式下，肋骨置于距焦平面分别为3cm、6cm、9cm处。然后通过水听器描点的方式，采用声场测量系统进行声场测量。2．采用JC型聚焦超声肿瘤治疗系统(由重庆海扶(HIFU)技术有限公司研发生产)，该系统包括循环脱气水装置、高频功率发生器、组合治疗头、运动机构、计算机控制系统和超声监控系统。组合治疗头包括治疗用聚焦超声换能器和诊断用超声探头。聚焦超声换能器频率1．0MHz，发射治疗超声，用于消融目标组织；诊断超声探头用于引导和实时监控。用辐射压力法测量声功率。离体新鲜牛肝脏，准备成厚度为6

7、0mm的实验样品，浸泡在0．9％的生理盐水中、复温(室温20℃)、经常规脱气45min后备用。实验中模拟肋骨由聚苯乙烯制成，其厚度为5mm，肋宽10mm，肋间隙20mm。室温20℃，将样品支架放入盛满脱4重庆医科大学硕士研究生学位论文气水的治疗床中，然后将准备好的牛肝放入样品支架内，样品支架内盛满脱气水并使牛肝浸在脱气水中。将肋骨置于换能器与焦平面之间，HIFU声束轴线在B超的引导下，分别沿肋间隙正中聚焦、沿肋骨边缘聚焦和正对肋骨聚焦。在每种聚焦方式下，肋骨置于距焦平面分别为3cm、6cm、