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摘要：为了确保超声热疗与高强度聚焦超声的疗效,需要严格制约超声引起的生物组织的温度,由此在治疗的历程中温度测量是非常必要的。热电偶通常用于临床治疗,虽然它测量非常精确,但需要将它插入病人的器官,这会给病人带来痛苦,由此没有被广泛利用。学者们已提出一些无创测量温度的策略,如电阻抗断层成像、X-CT、磁共振成像、超声、微波、热温度补偿策略和计算机模拟,其中的温度场的计算机模拟是在考虑血流量、超声源的强度和皮肤外的温度基础上求解Pennes生物热传导方程所得。由于生物组织是多层结构,其形状是不规则的,由此必须采取数值策略来获得组织的温度场分布。在本论文中,首先采取Khokhlov-Zabolotaskaya-Kuznetsov (KZK)方程用于求解多层组织的声场分布,紧接着用有限元软件求解Pennes热传导方程,获得多层组织在不同条件下的轴向温度分布。实验结果与论述比较表明实验和论述符合得较好。结果表明当样品厚度增加,部分能量被前面的组织吸收,由此焦点处将得到较少的能量,最高温度升高会降低,最高温度的位置也将向后移动。在增加换能器表面声压时,样品的最高温度的升高也将增加,但最高温度的位置保持不变,由此,换能器的表面声压对温度场有很大的影响。样品向后移动时,更少的能量将被前面的组织吸收,所以焦点将获得更多的能量,最高温升会增加,最高温升的位置也将向前移动。对于两层组织(脂肪-肝)和三层组织(脂肪-肌肉-肝脏),一部分能量被脂肪和肌肉所吸收,更少的能量在焦点被吸收,最高温升也将下降,最高温升的位置也将向后移动。探讨表明,厚度和组织参数对超声热疗有非常重要的影响,在超声热疗中必须考虑在内。在前面有限差分数值计算的基础上,我们又用COMSOL有限元的策略将声场和温度场进行耦合,对聚焦超声的声场和温度场进行了模拟。浅析多种模型下的声场温度场,比如不同组织厚度、不同的样品组织位置、多层结构、不规则组织、皮肤和有肋骨有着等等情况。并且浅析了这些不同因素对温度场产生的影响。本探讨结果将对超声热疗和高强度聚焦超声的进展提供有用的信息。关键词：超声热疗论文高强度聚焦超声论文有限元论文声场论文温度场论文
摘要3-5
ABSTRACT5-7
目录7-9
第一章 绪论9-14
1.1 超声治疗疾病的进展历史及近况9-11
1.1.1 超声治疗疾病的进展历史9-10
1.1.2 HIFU治疗疾病的近况10-11
1.2 HIFU治疗肿瘤的机理11-12
1.3 高强度聚焦超声焦点区域的温度测控12-13
1.4 本论文结构13-14
第二章 多层生物组织的温度场14-29
2.1 引言14
2.2 原理与策略14-17
2.2.1 聚焦声场数值计算模型14-16
2.2.2 Pennes方程下的温升描述及有限元软件运用16-17
2.3 实验系统及样品制备17-19
2.3.1 实验系统17-18
2.3.2 样品制备18-19
2.4 实验结果19-28
2.4.1 样品组织厚度对温度场的影响19-21
2.4.2 换能器初始声压对温度场的影响21-22
2.4.3 样品组织的位置对温度场的影响22-23
2.4.4 样品组织的热传导系数对温度场的影响23-25
2.4.5 样品组织的比热容对温度场的影响25-26
2.4.6 样品组织模型结构对温度场的影响26-28
2.5 本章小结28-29
第三章 基于COMSOL的生物组织温度场探讨29-47
3.1 引言29
3.2 原理和策略29-33
3.2.1 模型搭建29-32
3.2.2 声场与温度场的耦合32-33
3.3 数值模拟的结果33-46
3.3.1 样品组织厚度对温度场的影响33-35
3.3.2 猪肝样品摆放位置对温度场的影响35-36
3.3.3 肋骨的有着对温度场的影响36-42
3.3.4 多层生物组织对温度场的影响42-44
3.3.5 不规则形状组织的温度场44-46
3.4 本章总结46-47
第四章 总结与展望47-48