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HIFU多焦点声焦域形态研究

作　者: 向军
导　师: 王智彪；王华
学　校: 重庆医科大学
专　业: 生物医学工程
关键词: HIFU 超声相控阵遗传算法多焦点
分类号: R454.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 23次
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内容摘要

聚焦超声外科(focused ultrasound surgery,FUS)手术作为一种非侵入式的无创治疗手段正越来越多地应用于临床治疗,也被越来越多的患者所认可。聚焦超声外科(FUS)技术将体外超声波汇聚于目标靶区,利用超声波的热效应、空化效应、机械效应等作用使病变组织发生不可逆急性凝固性坏死。在研究过程中,发现自聚焦球壳超声换能器有其高聚焦性和设计简单的特点,所以常常被用来设计聚焦超声治疗头,最终得到了很好的治疗效果,因而早期的聚焦超声技术得到了快速的发展。但是,HIFU技术在临床上广泛应用的同时,也出现了许多亟待解决的问题。例如:球壳超声换能器产生的高聚焦超声(HIFU)无法透过肋骨聚焦;对较大体积的肿瘤治疗时间过长等。这些问题严重延缓了超声治疗技术的前进步伐。解决上述问题的关键是如何提高对聚焦声束的控制能力,产生多种形态的声焦域。换能器是超声治疗技术的核心部分,要解决以上问题就必须要从换能器及声场算法入手。传统的单元自聚焦换能器由于只能产生单一的焦点,且焦域形状无法改变,大大限制了它在超声治疗中的应用。超声相控阵的聚焦方式则非常灵活,并且可以根据不同病变组织的形状和位置,形成不同的焦点强度和焦域分布形态。研究对超声相控阵阵元相位、振幅的控制方法以及分析在声传播方向(轴向)的声场分布特性,以实现良好的声场多聚焦模式,这对超声治疗技术的发展是具有非常重要的意义。本文在前人研究相控阵多焦点声场模式的基础上,重点分析了多焦点在声传播方向的声场分布特点。通过合理的改变焦点个数以及各焦点的布置的位置,以此来改善多焦点的声场分布特性。研究结果表明:在四焦点中心设置另一个焦点,通过改变各个焦点距离所形成的五焦点声输出模式,其声场分布特性比起二焦点和四焦点有着很大的改善。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
前言  9-12
第一章 HIFU 换能器  12-22
  1.1 HIFU 换能器的分类  12-17
    1.1.1 腔内治疗换能器  12-13
    1.1.2 体外聚焦换能器  13-17
  1.2 HIFU 换能器聚焦原理  17-22
    1.2.1 凹球壳自聚焦换能器  17-19
    1.2.2 相控阵聚焦换能器  19-22
第二章相控阵产生多焦点声场模式计算理论  22-30
  2.1 超声场共轭直接合成法  22-23
  2.2 优化目标函数的建立  23-24
  2.3 遗传算法  24-30
    2.3.1 遗传算法简介  24-25
    2.3.2 遗传算法的数学模型  25-27
    2.3.3 遗传算法的基本步骤  27-30
第三章多焦点声场的遗传算法优化仿真  30-36
  3.1 相控阵模型的建立  30-31
  3.2 仿真结果  31-36
第四章改进多焦点声场设计的方法  36-41
  4.1 多焦点的合并  36-38
  4.2 声传播方向的声焦域分析  38-41
结论  41-42
参考文献  42-45
致谢  45-46
攻读学位期间的研究成果及发表的学术论文目录  46

HIFU多焦点声焦域形态研究

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