仿生物組織模型對(duì)高強(qiáng)度聚焦超聲焦域影響的研究

徐遨璇, 王月兵, 鄭慧峰, 曹永剛

(中國(guó)計(jì)量大學(xué)計(jì)量 測(cè)試工程學(xué)院,浙江 杭州 310018)

1 引 言

高強(qiáng)度聚焦超聲(high intensity focused ultrasound, HIFU)是一種治療性超聲技術(shù)。該技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)是其可以選擇性地破壞體內(nèi)深處的惡性組織[1]。HIFU技術(shù)的治療過(guò)程是將人體外的超聲波通過(guò)水體聚焦傳播到人體內(nèi)某一治療靶區(qū),期間需經(jīng)過(guò)生物組織層,然后在焦點(diǎn)區(qū)域形成瞬間高溫,從而殺滅腫瘤而對(duì)焦點(diǎn)周圍組織沒(méi)有明顯副作用[2]。HIFU的空化效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)也會(huì)對(duì)焦點(diǎn)處的組織細(xì)胞產(chǎn)生一定影響。HIFU治療技術(shù)已應(yīng)用于多種實(shí)體性腫瘤的臨床治療中,治療對(duì)象包括淺表軟組織腫瘤、前列腺癌、子宮肌瘤等,其作為一種非侵入性的方法備受關(guān)注[3～5]。但由于生物組織聲學(xué)特性以及厚度的差異性,臨床治療中可能出現(xiàn)治療區(qū)域偏移、無(wú)法精確治療等問(wèn)題。例如在對(duì)肋骨后方及鄰近大血管、膽囊和肝外膽管、胃腸的肝癌結(jié)節(jié)治療中,如果無(wú)法精確預(yù)測(cè)HIFU治療位置,容易傷及毗鄰的重要組織結(jié)構(gòu)[6]。為了實(shí)現(xiàn)精確治療,研究生物組織特性對(duì)超聲聚焦的影響,對(duì)于HIFU治療是必不可少的。

有限元仿真和數(shù)值仿真是預(yù)測(cè)HIFU治療中聲場(chǎng)分布的有效方法,國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)HIFU治療過(guò)程進(jìn)行了仿真研究和臨床試驗(yàn)研究。Narumi R通過(guò)乳腺組織傳播后的焦距誤差進(jìn)行數(shù)值估計(jì),認(rèn)為乳腺組織中的焦距誤差是由聲學(xué)不均勻性引起的[7]；張曉靜和菅喜岐等利用數(shù)值仿真,發(fā)現(xiàn)在HIFU治療過(guò)程中,組織溫度變化,引起組織聲學(xué)特性改變,焦點(diǎn)位置也會(huì)發(fā)生改變[8]；……