微泡对高强度聚焦超声焦域影响的研究

微泡对高强度聚焦超声(HIFU)治疗具有增效作用,而HIFU治疗中不同声学条件下微泡对HIFU治疗焦域的影响尚不清楚。本文基于声传播方程、Yang-Church气泡运动方程、生物热传导方程、时域有限差分法(FDTD)、龙格-库塔(RK)法数值仿真研究输入功率、激励频率和气泡初始半径对HIFU在含气泡体模中形成焦域的影响,并利用含Sono Vue造影剂的仿组织体模研究进行实验验证。结果表明,增大输入功率、气泡初始半径和升高激励频率均可增大焦域,随着输入功率的增大,焦域形状可能发生变化,而随着激励频率升高和气泡初始半径的增大,焦域会向远离换能器的方向移动。     

经颅聚焦超声联合微泡开放血脑屏障的数值仿真研究

近年大鼠等动物实验表明经颅聚焦超声联合微泡技术可无创开放血脑屏障实现药物递送,但在临床治疗时由于人体头颅非均质结构及其高声衰减特性,需优化超声经颅聚焦参数和微泡参数。本文基于人头颅CT数据、82阵元相控换能器和血管建立了三维数值仿真模型,研究超声及微泡参数对机械指数和靶区声发射的影响,评估血脑屏障开放程度及组织损伤的可能性。结果表明,声功率和微泡初始密度增大,机械指数和宽带噪声强度增大;频率增大,稳态空化强度增大;当微泡初始半径大于5μm时,稳态空化显著增强。该研究结果为经颅聚焦超声联合微泡技术诱导可控的BBB开放及安全有效递送治疗药物提供了理论数据和技术参考。     

高强度聚焦超声经颅脑肿瘤治疗焦域的仿真研究*

为了研究脑组织和脑肿瘤组织在HIFU治疗时形成焦域的特性及坏死肿瘤组织、不同治疗剂量参数以及多次治疗时焦点间距和时间间隔对HIFU形成焦域的影响,本文以脑胶质瘤患者为例,利用患者头颅CT图像数据建立HIFU经颅治疗的仿真模型,基于Westervelt声波非线性传播方程和Pennes生物热传导方程进行HIFU经颅治疗的仿真研究。结果表明,脑组织和脑肿瘤组织内形成HIFU焦域的差异较小,坏死肿瘤组织对HIFU温度场分布有较小影响;辐照声强越大,焦点温升达到同一温度所用时间越短,焦域长短轴越短,颅骨处温升越低;当焦点间距在一定范围内时,第一次辐照形成的温度场分布对第二个焦点温升达到同一温度所需时间影响较大;两次辐照时间间隔对颅骨处温升和两次聚焦形成60?C以上温度分布影响较小。     

相控阵高强度聚焦超声的研究进展

相控阵高强度聚焦超声（high Intensity focused ultrasound,HIFU）技术可以通过电子调相自由控制聚焦区域中焦点的形状、位置、个数等,实现高精度、高效率的治疗。文章主要介绍了相控聚焦超声的原理、阵型设计、声场优化、控制算法、电路设计以及换能器材料等几个方面。     

高强度聚焦超声的临床应用

高强度聚焦超声是近几年发展起来的一种新的非介入性肿瘤治疗技术,临床应用越来越广,文章就其在不同肿瘤如前列腺癌、肝癌、胰腺癌、子宫肌瘤等治疗中的应用及进展进行评述。     

单泡超声空化仿真模型的建立及其动力学过程模拟*

为了模拟单泡超声空化的动力学特性,建立了单泡超声空化的有限元仿真模型,基于流体动力学控制方程和流体体积分数模型,利用有限元分析软件模拟了超声驱动下水中单泡的空化动力学过程。结果表明:单泡随时间的演化规律是先缓慢膨胀到最大后迅速塌缩;泡内压强与气体密度变化与单泡体积变化成反比;在膨胀阶段,泡外压强与气体密度沿着泡的径向向外递减;在压缩阶段,泡外在声压垂直方向的压强与气体密度要大于声压激励方向的压强和气体密度。该文分析结果将为超声空化动力学过程模拟及研究提供参考。     

高强度聚焦超声的临床应用

高强度聚焦超声是近几年发展起来的一种新的非介入性肿瘤治疗技术,临床应用越来越广,文章就其在不同肿瘤如前列腺癌、肝癌、胰腺癌、子宫肌瘤等治疗中的应用及进展进行评述。     

高强度聚焦超声用于肿瘤治疗的研究

高强度聚焦超声（ＨＩＦＵ）能在短时间内使病变组织的温度升至７０℃以上,导致病变组织凝固坏死,是一种具有巨大潜力的、非侵入的、有效的肿瘤治疗手段。本文对ＨＩＦＵ的动物试验、临床应用及治疗装置的研究情况进行了总结,分析了该技术尚存在的问题,最后展望了其应用前景。     

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。     

Microbubble-enhanced hemorrhage control using high intensity focused ultrasound

Our objective was to investigate whether hemorrhage control can be achieved faster when high-intensity focused ultrasound (HIFU) is applied in the presence of ultrasound contrast agents (UCA) as compared to HIFU only application. Incisions (3 cm long and 0.5 cm deep) were produced in the livers of anesthetized rabbits. UCA Optison (0.18 ml/kg) was injected into the mesenteric vein. A HIFU applicator (5.5 MHz, 6800 W/cm² in situ) was scanned at a rate of 1–2 mm/s in one direction over the incision (with multiple passes if needed), until hemostasis was achieved. Hemostasis times were 59 ± 23 s (n = 21) in the presence of Optison and 70 ± 23 s (n = 29) without Optison. The presence of Optison produced on average 37% reduction in hemostasis times normalized to initial bleeding rates (p < 0.05), as well as 60% faster formation of the coagulum seal over the incision (p < 0.05). Gross and histological observations showed similar appearance of HIFU lesions produced in the presence of Optison and HIFU lesions produced without Optison. Our results suggest potential utility of UCA for increasing efficiency of HIFU-induced hemostasis of solid organ injuries.     

超声对近壁微气泡溃灭过程的影响

近壁微气泡溃灭特性的深入研究对靶向给药和基因治疗等技术具有较好的指导作用。该文基于数值模拟技术,采用有限体积法结合流体体积模型对超声作用下的近壁微气泡溃灭特性进行了研究,分析了超声对近壁微气泡溃灭动力学过程的影响。结果表明气泡溃灭最大射流速度与近壁距离无量纲参数γ在1.1～1.6范围内时成正比,与超声频率在10～60 Hz范围内时成正比,与气泡初始半径在50～100μm范围内时成反比;近壁气泡的二次溃灭最大射流速度大于一次溃灭,二次溃灭的作用更加明显。超声参数对近壁气泡溃灭过程存在较大影响,该研究为超声在医学上的应用提供了依据。     

Prediction of vascular injury by cavitation microbubbles in a focused ultrasound field

Many studies have shown that microbubble cavitation is one mechanism for vascular injury under ultrasonic excitation. Previous work has attributed vascular damage to vessel expansions and invaginations due to the expansion and contraction of microbubbles. However, the mechanisms of vascular damage are not fully understood. In this paper, we investigate, theoretically and experimentally, the vessel injury due to stress induced by ultrasound-induced cavitation (UIC). A bubble-fluid-vessel coupling model is constructed to investigate the interactions of the coupling system. The dynamics process of vessel damage due to UIC is theoretically simulated with a finite element method, and a focused ultrasound (FU) setup is carried out and used to assess the vessel damage. The results show that shear stress contributes to vessel injury by cell detachment while normal stress mainly causes distention injury. Similar changes in cell detachment in a vessel over time can be observed with the experimental setup. The severity of vascular injury is correlated to acoustic parameters, bubble-wall distance, and microbubble sizes, and the duration of insonation..     

高强度聚焦超声(HIFU)——一门多学科的研究课题

高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,简称HIFU)已作为一种无创外科工具而应用于门诊治疗肿瘤。文章介绍了它的基本原理、有关的研究现状和存在的问题,以及对今后研究工作的建议。文章特别强调高强度聚焦超声是一门多学科的综合研究课题,需要各方面的科学工作者通力协作。