《医学物理学》中超声波的教学及神奇超声刀

在医学院开设的物理学课程里,关于“超声波”在医学的应用讲得比较多的是超声多普勒血流仪．目前,超声热疗技术取得了巨大的进展,超声热疗技术的发展为人类同肿瘤的斗争提供了一种新技术,尤其是高强度聚焦超声技术应用于肿瘤治疗的前景十分广阔．这一部分内容,医学院的物理课程中不应予以忽视．下面谈两个问题：     

聚焦超声源对生物媒质加热的理论研究

用差分法求解生物热传导方程,研究了凹球面聚焦超声换能器用于热疗时在人体组织内产生的稳态温度场.引入热焦距及等温线,分析了换能器参数、生物组织特性参数对有效治疗区的影响,并对声场和温度场特征进行了比较 关键词： 聚焦超声 热疗 生物组织 温度场     

用于活体温度评估的非线性超声热应变模型*

热疗在肿瘤消融、高血压治疗等方面有重要应用价值。对热疗过程进行温度监控有利于实施合理的治疗规划,同时可提高治疗的安全性、减少副作用。利用基于超声回波偏移的热应变测温理论进行二维温度估计是一种常用的超声测温方法。但该理论基于组织热膨胀及声速随温度线性变化的假设,适用的温度测量范围一般限于37℃-50℃。该文基于升温组织的物理参量非线性变化,提出了基于非线性超声热应变评估温度变化的模型。在基于活体猪肾周脂肪的微波加热实验中,该文利用上述模型结合动态帧选取算法和自适应滤波,对活体的呼吸、心跳运动进行抑制,减小二维温度图像中的噪声。所得结果表明运动补偿效果良好,对于温升范围不超过30℃的情况,测温误差在2.5℃以内。     

相控阵超声热疗场共轭直接合成的模式优化研究

对多阵元超声热疗声场进行模式优化研究.在对空间声场提出合理的优化目标函数后,提出了两种优化算法进行全局寻优:一种是遗传算法构造的声场模式控制算法;另一种是特征向量算法.用遗传算法和特征向量算法对声场控制模式控制的仿真研究表明:能达到声场控制模式优化的目标,而遗传算法比特征向量算法具有更多特征优势. 关键词： 优化 遗传算法 超声相控阵 热疗     

肿瘤微波热疗的温度场模拟计算

本文通过对肿瘤与生物组织的物理模型简化,应用生物传热方程,建立肿瘤热疗的数学模型。运用数值模拟预演了热疗过程,通过控制探针的开关,使肿瘤中心温度在54℃以下,肿瘤边缘温度在43~45℃之间变化,分析了肿瘤内部的温度分布,提出了基于温度控制的热疗方案,为临床肿瘤热疗的温度控制提供理论依据。     

超声物理在肿瘤治疗中应用的研究

本文介绍了国内利用超声技术治疗肿瘤的研究结果、方法和机理，分析了阻碍其临床应用存在的问题和应用发展前景。     

基于超声散射回波功率谱的热疗无损测温模型

在随机起伏介质超声散射理论下，基于组织超声散射问波功率谱，提出一种无损获取组织温度信息的新方法。组织中声速及密度的随机起伏引起超声散射，散射回波声压谱的均方值与组织中声速ｃ、声速对温度的梯度ｄｃ／ｄｔ和组织的平均温度Ｔ等有关。分析组织散射超声回波信号平均归一化功率谱与组织温度的关系，可以从超声散射回波中有效提取组织温度信息。理论分析和模拟实验为医学上肿瘤热疗提供了一种新的无损测温的方法和思路。     

高强度聚焦超声在医学超声领域中的发展与应用

高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,简称HIFU)作为一种非侵入性、无毒副作用、具有巨大潜力的治疗肿瘤的手段,近年来已经越来越受到国内外学者的广泛关注。HIFU技术能将超声能量聚焦到人体组织的肿瘤内,产生高温,使肿瘤组织温度迅速上升至65℃以上,而发生不可逆转的凝固性坏死,从而达到消融肿瘤组织的目的。目前中国的HIFU肿瘤治疗技术和临床居国际领先。文章对HIFU在医学超声领域中的发展历史、现状和前景进行了探讨。     

高强度聚焦超声二维相控阵列的声场控制模式研究

研究了高强度聚焦超声热疗场的声场模式,并给出了二维相控阵列的声场模式控制算法。单焦点扫描声场模式在治疗中等偏大的肿瘤时容易引起非线性效应;采用基于伪逆矩阵的声场合成算法,直接形成了多焦点的控制模式,为焦域控制提供了新的思路。利用声场快速算法对30×30二维面阵的单焦点扫描声场模式和多焦点直接合成声场模式进行计算机仿真,仿真结果表明多焦点模式大大降低了焦点处的声强;而且基于此模式,采用加权优化算法对激励向量进行优化从而提高了阵列的激励效率,采用改进的特征向量优化算法优化了多焦点热疗模式的声场增益,增加了能量在目标体积的沉积,同时消除不期望的潜在热点,为超声热疗场的模式控制提供了理论依据。     

肿瘤热疗中正常组织的降温保护方法

本文提出了一种对热疗中肿瘤周围的正常组织或器官实施降温保护的方法.该方法的原理是向需保护的组织或器官区域注射相对低温的保护液.为验证其可行性,本文对射频热疗中采用该方法后组织的传热过程进行了深入的数值研究.结果表明,注射低温保护液方法可有效地防止肿瘤周围正常组织或器官在热疗中受到热损伤.