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第 38 卷 第 3 期 张艳秋等： 剪切波对 HIFU 经颅聚焦形成温度场影响的数值仿真研究 415

随换能器聚焦角度 θ 减小，在几何焦点处形成的焦 剪切波与未考虑剪切波形成最高温度在声轴上的
域面积逐渐增大，达到 65 C 所需时间逐渐延长；当 偏离增大，当聚焦角度 θ > 90 时，两者间几乎无
◦
◦
聚焦角度 60 6 θ 6 150 考虑剪切波的影响时，相 差异。
◦
◦
同的聚焦角度条件下，温度场达到 65 C 所需时间
◦
3.0
t max 更短，旁瓣更少，颅骨处温升不明显；当聚焦角 200 Ꮶᘽҝѭฉཥ۫᭧ሥ
度 θ = 30 时，考虑剪切波的温度场与未考虑剪切 ళᏦᘽҝѭฉཥ۫᭧ሥ 2.5
◦
波的温度场达到相同温度所需时间相同；当聚焦角 150 Ꮶᘽҝѭฉ௑ᫎ 2 2.0
ళᏦᘽҝѭฉ௑ᫎ
度 θ < 90 时，焦点前移且在颅骨处产生较高温度；
◦
当聚焦角度 θ = 30 时，颅骨处温升较大。图3 为与 ཥ۫᭧ሥ/mm 2 100 1.5 ᣣི௑ᫎ/s
◦
图 2 对应的声轴温度曲线。由图 3 可知，在相同聚 1.0
焦角度下，考虑剪切波形成的温度场在颅骨处的温 50
度更高。图 4 为与图 2 对应的不同聚焦角度下焦平
面面积和辐照时间。由图 4 可知，随着聚焦角度的 0 30 60 90 120 150 0
增大，考虑剪切波形成的焦域面积小于未考虑剪切 ᐑཥᝈए/(O)
波形成的焦域面积。图 5 为与图 2 对应的不同聚焦 图 4 不同聚焦角度换能器在几何焦点处聚焦的焦
角度换能器形成的焦域最高温度与预设焦点在声 平面面积柱状图和辐照时间折线图
Fig. 4 Focal plane area histogram and irradiation
轴上的偏离距离。由图5可知，聚焦角度减小，考虑
time line graph of different focus angle transduc-
65 ers focused at geometric focus
150O
120O
60
90O
25
60O
Ꮶᘽҝѭฉ
30O
55 20 ళᏦᘽҝѭฉ
ཥ۫ພए/C 50 ᮖᰤ
ܦᣉʽϠሏᡰሏ/mm
45 15

40 10
100 150 180 5
z/mm
(a) Ꮶᘽҝѭฉ
0
30 60 90 120 150
65
150O ᐑཥᝈए/(O)
120O
60 90O 图 5 不同聚焦角度换能器形成的焦域与预设焦域
60O
在 z 轴上的偏离距离
30O Fig. 5 Deviation distance between the focal region
ཥ۫ພए/C 55 ᮖᰤ formed by the transducers with different focus an-
50

45 gles and the preset focal region on the z-axis
3.2 聚焦角度与焦域面积的相关性
40
基于图 4 的数值仿真数据，利用幂指数函数形
100 150 180 式，在Matlab平台上得到的拟合式为
z/mm
(b) ళᏦᘽҝѭฉ 6 −2.817
S 1 = 2.889 · 10 θ , (8)
图 3 不同聚焦角度换能器在几何焦点处聚焦的声 4 −1.844
S 2 = 6.509 · 10 θ , (9)
轴温度曲线
Fig. 3 Sound axis temperature curve of different 其中：S 1 为考虑剪切波的焦域面积，S 2 为未考虑剪
focus angle transducers focused at geometric focus 切波时的焦域面积。