Page 71 - 《应用声学》2021年第3期

第 40 卷 第 3 期 桂逢烯等： 高强度聚焦超声间歇式治疗中焦域温度分布的仿真研究 389

治疗时间长的治疗模式 (f 3 (t)) 由于热量向周围 HIFU 临床间歇式治疗提供可供参考的研究数据支
组织扩散时间长，增大了有效温升面积。图 11(b) 撑，提升HIFU的治疗效率。
分别为 f 1 (t)、f 2 (t) 和 f 3 (t) 三种治疗模式下的凝固
2
2
性坏死面积，大小分别为 27.4 mm 、22.4 mm 和 参 考 文 献
2
113.88 mm 。
[1] Elhelf I, Albahar H, Shah U, et al. High intensity fo-
在临床手术后期时刻，大部分肿瘤在 HIFU 的
cused ultrasound: the fundamentals, clinical applications
热效应作用下产生不可逆的凝固性坏死，对于残留 and research trends[J]. Diagn Interv Imaging, 2018, 99(6):
的小部分肿瘤，可以切换治疗时间小、时间间隔短 349–359.
的治疗模式以减少临床手术治疗的总时间，降低过 [2] Mohammadpour M, Firoozabadi B. Numerical study of
the effect of vascular bed on heat transfer during high in-
度治疗造成健康组织损伤的风险。
tensity focused ultrasound (HIFU) ablation of the liver
tumor[J]. Journal of Thermal Biology, 2019, 86: 102431.
4 结论 [3] Sanghvi N T, Chen W H, Carlson R, et al. Clinical valida-
tion of real-time tissue change monitoring during prostate
本文将考虑声吸收衰减的 Westervelt 方程和 tissue ablation with high intensity focused ultrasound[J].
Journal of Therapeutic Ultrasound, 2017, 5: 24.
Pennes 热传导方程结合，对 HIFU 辐照下组织的凝
[4] Fan H, Zhang C, Lei H, et al. Ultrasound-guided high-
固性坏死进行数值分析。针对有限时域差分法在求 intensity focused ultrasound in the treatment of uterine
解非线性声波动方程过程中存在的计算成本问题， fibroids[J]. Medicine, 2019, 98(10): e14566.
采用伪谱法，将空间域的声波传播问题转化为频域 [5] 张千, 王意喆, 周文征, 等. 高强度聚焦超声经颅治疗温度
场的数值仿真研究 [J]. 生物医学工程学杂志, 2014, 31(6):
问题，在降低了计算成本的同时，获得了与传统方 1272–1277.
法精度相当的结果。另外，采用与上述一样的方法 Zhang Qian, Wang Yizhe, Zhou Wenzheng, et al. Re-
求解 Pennes生物热传导方程，相较于常规的有限时 search on numerical simulation of tempearture distribu-
tion during transcranial tumor therapy with high intensity
域差分法，也提升了温度场的计算效率。仿真结果
focused ultrasound[J]. Journal of Biomedical Engineering,
表明： 2014, 31(6): 1272–1277.
(1) 随着治疗深度的增加，焦域内温度逐渐降 [6] Abdolhosseinzadeh A, Mojra A, Ashrafizadeh A. A nu-
merical study on thermal ablation of brain tumor with
低，深层组织焦域有效温升面积减小，凝固性坏死面
intraoperative focused ultrasound[J]. Journal of Thermal
积随着治疗深度的增加逐渐减小； Biology, 2019, 83: 119–133.
(2) 不同组织类型中由于声速、衰减系数等声 [7] 常诗卉, 王佩国, 菅喜岐. 高强度聚焦超声脑肿瘤治疗焦域温
学参数和导热系数、比热容等热学参数的不同，在 度均匀分布调控的数值仿真研究 [J]. 生物医学工程学杂志,
2018, 35(6): 877–886.
相同条件下的焦域温度不同，相比于肝脏组织，能量
Chang Shihui, Wang Peiguo, Jian Xiqi. Numerical sim-
更容易在沉积在脂肪组织中，进而在声通道上造成 ulation of the focal region modulation to realize uniform
健康组织的损伤； temperature distribution during high-intensity focused ul-
trasound brain tumor therapy[J]. Journal of Biomedical
(3) 治疗模式是 HIFU 治疗过程中的重要影响
Engineering, 2018, 35(6): 877–886.
因素。改变单次治疗时间、治疗时间间隔和治疗次 [8] 许永华, 符忠祥, 杨利霞, 等. MRI 导航和温度监控下高强度
数等治疗模式参数，焦域温度场变化明显。单次治 聚焦超声治疗子宫肌瘤 [J]. 介入放射学杂志, 2010, 19(11):
疗时间长、时间间隔短的治疗模式对深层肿瘤的治 869–874.
Xu Yonghua, Fu Zhongxiang, Yang Lixia, et al. MR-
疗效果更好，但容易造成过度治疗损伤声通道上的
guided high intensity focused ultrasound thermoablation
健康脂肪组织。 under temperature mapping monitoring for the treatment
可见，HIFU 治疗过程中焦域温度的监控十分 of uterine fibroids[J]. Journal of Interventional Radiology,
2010, 19(11): 869–874.
重要。目前，在临床上 MRI 引导的 HIFU 治疗设备
[9] 许永华, 陈文直. 磁共振引导高强度聚焦超声完全消融子宫
可测量焦域及附近组织的温升 [18−19] ，但设备成本 肌瘤: 可行性、安全性和远期疗效 [J]. 介入放射学杂志, 2014,
较高、体积大等原因导致其难以普及。在下一步的 23(11): 959–968.
研究工作中，作者将通过离体组织实验，借助热电偶 Xu Yonghua, Chen Wenzhi. Complete ablation of uterine
fibroids by MR-guided high intensity focused ultrasound:
探针获取焦域组织的温度变化信息，与上述理论模
feasibility, safety and long-term outcome[J]. Journal of In-
型相结合，深入探讨HIFU 焦域温度的变化规律，为 terventional Radiology, 2014, 23(11): 959–968.