【摘 要】
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高强度聚焦超声（High Intensity Focused Ultrasound）治疗是一项无创伤、非介入式的新治疗手段,它的优势在于:（1）强度高、可靠性好,副作用小;（2）具有很高的精度;（3）能够深入体内而不损伤正常组织等。因此,引起了人们的极大关注。进行HIFU治疗时,首先需要将超声换能器在组织内形成的焦区设置在病灶处;因此,医生必须预先知道声场在组织中的分布。由于组织的声学性质和水的声
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高强度聚焦超声（High Intensity Focused Ultrasound）治疗是一项无创伤、非介入式的新治疗手段,它的优势在于:（1）强度高、可靠性好,副作用小;（2）具有很高的精度;（3）能够深入体内而不损伤正常组织等。因此,引起了人们的极大关注。进行HIFU治疗时,首先需要将超声换能器在组织内形成的焦区设置在病灶处;因此,医生必须预先知道声场在组织中的分布。由于组织的声学性质和水的声学性质不同,组织与水中的声场分布也会不同;大量的实验表明,声场分布随着组织参数（包括组织与换能器的距离、组织结构以及组织密度和超声纵波速度等）的变化而变化。基于以上因素,为了实现安全有效的治疗,必须了解超声波在组织中的声场分布情况,以此对组织中的声场分布进行控制。通过找出声场随着组织参数变化的分布规律,从而指导临床实践以及提高换能器的设计。但组织内声场无法直接检测,现有方法从原理到实际应用上都存在很多困难,所以要了解组织中的声场分布,一种比较直接的方法就是模拟。对组织中HIFU声场的模拟有许多方法,随着计算机技术的发展,数值计算方法的应用已经超过了一般解析法的应用。特别是有限元方法,由于它在分析复杂求解域和边界条件时比其他数值方法更具有优势,因而越来越受到人们的青睐。所以,本文的研究重点也就集中在用有限元方法计算组织中HIFU声场,找出其声场随着组织参数不同的变化规律。本论文的创新之点包括:（1）通过分析高强度聚焦超声的治疗过程,建立了声学模型,在声学模型建立过程中,使用边界条件来等效换能器的振动;通过规定换能器向一个方向振动来代替背衬物质吸收,从而简化换能器的结构。（2）在对组织与液体界面相互作用的处理上,采用组织表面的阻尼吸收等效界面的声反射。（3）用激光超声检测系统所测得的聚焦超声波的声学图像来评价声场有限元计算的可靠性。（4）模拟不同组织参数条件下的声场分布,从组织参数的角度出发,研究组织内声场分布的变化规律,着重分析了焦距、焦点声压的变化规律。（5）模拟了双层结构下组织中的声场分布,找出其变化规律。论文共分为六章,第一章简要介绍了HIFU的发展、课题的意义以及国内外研究现状;第二章介绍几种典型的不同类型的聚焦换能器并建立了物理模型;第三章介绍有限元理论;分析了高强度聚焦超声波治疗过程,建立了声学模型和有限元模型;第四章简要介绍了声场计算的一般方法,用瑞利积分模拟了水中的声场分布情况,并用实验方法测量了水中声场分布;第五章利用有限元对组织中的声场进行模拟,找出组织中声场分布规律;第六章为总结和展望。
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