高强度聚焦超声换能器温度场的数值仿真

相控阵高强度聚焦超声换能器可以通过换能器上不同阵元发射超声波的时间不同来实现变焦、多焦点。该论文应用Westervelt方程的近似式,结合Pennes热传导方程,以人体乳房为例,FDTD(finite difference time domain)仿真对比研究平面阵列相控聚焦换能器与曲面阵列相控聚焦换能器形成温度场的特性,同时数值仿真研究不同占空比的正弦激励函数、不同治疗频率、声强对曲面阵列相控聚焦换能器超声温度场的影响。研究结果表明曲面阵列相控聚焦换能器能有效地减少皮肤处的温升,对皮肤的伤害较小;对于曲面阵列相控聚焦换能器,不同占空比的正弦激励函数形成的可治疗区域(60℃以上)大小差别不大,但最高温度不同;随着频率升高,形成的可治疗区域体积减小;随着输入声强的增大,可治疗区域变大,但焦距不变。     

体外冲击波碎石焦点附近声压分布的时域有限差分法数值解析

泌尿系统结石症是一种多发病。体外冲击波碎石(Extracorporealshockwavelithotropisy,ESWL)法是应用人体外发射的高强度脉冲超声波在人体内的焦点附近形成的冲击波破碎结石,被破碎的结石碎片随尿液排出体外的治疗泌尿系统结石症方法。由于这种治疗方法具有非创伤等优点而被广泛地应用于泌尿系统结石症的治疗。但是,ESWL治疗过程中有时会引发尿血、肾血肿等并发症,影响其治疗效果的主要因素之一为ESWL焦点附近形成的声压分布。在这里,利用作者等以前提出的时域有限差分(finitedifferencetimedomain,FDTD)超声波非线性传播的仿真方法,数值仿真ESWL超声波非线性传播过程,研究ESWL焦点附近声压的分布、焦点区域(焦区)的大小形状、高强度超声波形成的实际焦点位置。     

体外冲击波碎石焦点区域声压分布的时域有限差分法仿真研究

目的:研究体外冲击波碎石(Extracorporeal shock wave lithotropisy,ESWL)治疗中不同厚度人体组织对ESWL焦点区域大小、位置和声压分布的影响,为ESWL治疗计划的制定提供理论依据.方法:以Reichenberger的ESWL水中实验为参照例,分别建立三维单一人体组织和多层复合人体组织仿真模型,用时域有限差分(Finite Difference Time Domain,FDTD)数值仿真法,数值仿真ESWL治疗中形成的焦点区域.结果:高强度聚焦超声波在人体脂肪、肌肉层中形成的实际焦点区域大小、位置和焦点区域声压分布随着人体脂肪、肌肉层厚度的变化而变化.结论:ESWL治疗过程中由于人体组织厚度的不同,高强度聚焦超声非线性传播而形成的焦距和最大声压不同,对于不同体态的患者在ESWL治疗时,应该采用不同的焦距设定方法.     

高强度聚焦超声可治疗区域的仿真研究

数值仿真不同治疗参数条件下高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)可治疗区域的变化,对HIFU治疗剂量的确定具有重要的指导意义。本文采用Westervelt方程的近似式,结合Pennes生物热传导方程,以离体猪肝组织为例,在考虑组织声学特性对HIFU焦域温度场影响的条件下,通过时域有限差分法(finite difference time domain,FDTD)对HIFU焦域温度场进行仿真研究。研究结果表明,照射时间越长,组织声学特性的影响就越明显;焦点处的最高温升相同时,可治疗区域的大小差异较小;声强越大,形成可治疗区域所需的时间也越短;当声强一定时,随着照射时间的增加,可治疗区域的长、短轴长度均呈非线性增加;在相同可治疗区域的长轴或短轴长度一定时,输入声强和照射时间呈负相关。     

高强度聚焦超声肿瘤治疗焦域的仿真研究

数值仿真是预测高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)治疗的温度分布、确定治疗剂量的有效方法之一。本研究采用Westervelt方程的近似式,并结合Pennes生物热传导方程,以猪肝肿瘤为例,在考虑肝组织声学特性对HIFU温度场影响的条件下,通过时域有限差分法仿真研究辐照时间和声强对肿瘤组织内可治疗焦域体积的影响。研究结果表明,一定声强条件下,肝组织声学特性对肿瘤内可治疗焦域的影响随着辐照时间的延长而凸显;可治疗焦域体积随时间增长或声强增大而非线性增加;相同辐照条件下,肿瘤组织内的可治疗焦域体积大于肝组织内的;当可治疗焦域体积一定时,辐照声强和辐照时间呈负相关;同时,等效热剂量判定的可治疗焦域大于温度阈值判定的可治疗焦域,且二者之差随声强而变化。