高强度聚焦超声作用下的组织焦域能量分析及实验验证

为研究发生空化前高强度聚焦超声(HIFU)作用的最佳治疗模式, 从声场和热场的仿真计算和新鲜离体牛肝实验验证出发,根据声能转化成热能的原理,分析了组织焦域温度上升造成组织损伤的变化过程;建立了与温度相关的组织损伤预测模型;计算了形成1 mm宽度的生物学焦域所吸收的能量;并在75、100、125、150 W这4种声功率下,按照350 J能量,共进行了24组新鲜离体牛肝组织的实验,验证该能量强度形成的生物学焦域尺寸。结果表明,经组织衰减后生物学焦域吸收的超声能量为350 J时,在新鲜离体牛肝组织中形成的生物学焦域宽度为(1.1±0.1)mm;当换能器物理学焦域的长短轴之比在4~10之间变动时,吸收350 J形成的生物学焦域宽度保持在(1.0±0.2) mm。在充分除气的均匀介质牛肝中,当换能器的物理学焦域长短轴比在4~10之间时,吸收350 J能量,声功率100 ~150 W是形成(1.0±0.2) mm宽度的生物学焦域的最佳治疗模式。