Page 88 - 《应用声学》2023年第6期
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0 k-Wave 声学仿真软件建立了 HIFU 换能器辐照靶
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组织和腹部凸阵探头 (C5-2c) 扫描成像区域的仿真
ງए/mm 70 -40 模型。
-20
80 a HIFU 辐 照 靶 组 织 的 声 学 仿 真 模 型 将 求 解
Westervelt 非 线 性 传 播 方 程 得 到 的 声 场 分 布 与
-60
-20 0 20
Pennes 生物热传导方程相结合得到 HIFU 辐照靶
ഷᣉᡰሏ/mm
组织的温度场分布。该方法中的仿真模型参数很容
(a) దඵٺ
0 易控制，这对定量、定性分析水囊在临床治疗子宫
60
肌瘤场景中的影响十分有帮助。需要注意的是，在
ງए/mm 70 -20 Westervelt 非线性传播方程的求解过程中，水囊的
真实衰减系数过大，会导致计算结果不收敛，因此
80 b -40 本研究中水囊的声吸收系数选为0.8，略微小于真实
-60
-20 0 20 值。由于水囊的厚度只有 50 µm，故该衰减系数的
ഷᣉᡰሏ/mm
差异不会对本评估过程造成明显影响。
(b) దඵٺ
以上工作已经在仿真模型中证明水囊对治疗
图 7 没有水囊和有水囊情况下 C5-2c 凸阵探头发
效率和监控影像质量的影响，可为实验探索水囊的
散波超声成像
影响及改善水囊等方面的研究提供参考。由于受限
Fig. 7 Ultrasonic imaging of divergent waves of
于当前的计算资源，本研究中对治疗效率评估的仿
C5-2c convex array probe without water bag and
真模型是在二维情况下进行的，下一步工作可以采
with water bag
用较大运算能力的设备在三维场景下建立三维仿
3 讨论 真模型评估水囊对治疗效率的影响；同时，也希望能
够采用一种基于柱坐标的求解器对仿真模型进行
由声波垂直穿过中间层介质的理论模型可知， 求解，这样能缓解模型求解的计算压力，可能允许更
当中间层介质的厚度远小于其超声波长时，声波能 加真实的三维仿真。另外，当前的仿真模型还不能
够完全透射过去，不受中间层介质的影响。在超声 完全模拟真实的治疗环境，特别是复杂的组织结构
影像引导下 HIFU 治疗子宫肌瘤时，换能器和腹部 及其声学特性，但该简单模型能够初步帮助理解水
凸阵探头的中心频率约为 1 MHz 和 3.13 MHz，而 囊所造成的影响，并且提供了一种高效的评估手段。
水囊 50 µm 的厚度可能并不算远小于该频率下的
4 结论
超声波波长，因此水囊仍会对声波的传播造成影响。
预实验中，为了说明水囊在不同场景下均会对
本文针对当前临床中 HIFU技术治疗子宫肌瘤
声波能量的传播造成影响，多次在有无水囊的条件 场景，建立了 HIFU 换能器辐照靶组织及其超声影
下测量从水面反射回来的声波能量差异。虽然回波 像引导过程的数值仿真模型，定量评估手术辅助器
幅值存在 10% 以上差异，但它们各自在有水囊相对 件水囊对治疗效率和成像质量的影响。对比有无水
无水囊时回波幅值均有所降低，这正是本文在不同 囊情况下焦域面积大小和焦域处的最高温度变化，
实验场景下为揭示水囊影响而采用的实验手段。另 以及分析超声成像的图像质量。本文研究结果表明：
外，为了避免水囊外壁气泡对实验结果的影响，放 (1) 加入水囊后，声通道环境的改变影响了声
置完水囊之后都会观察水囊表面是否有小气泡，若 波的传输过程，不仅导致焦域处面积变大，即声波的
水囊表面有小气泡出现，会擦除表面气泡再进行实 聚焦性变差，也降低了焦域处的最高温度。这将会
验，由于实验过程的水域条件是脱气水，实验过程 增加 HIFU 治疗子宫肌瘤时的治疗时间，降低治疗
中水囊表面很少出现小气泡。预实验结果表明，与 效率。
没有水囊相比，有水囊情况下的超声能量被衰减。 (2) 对比分析有无水囊场景下腹部凸阵探头发
为了分析水囊对治疗效率和成像质量的影响，进而 射发散波扫描成像区域复合成像的图像质量可知，
评估 HIFU 治疗子宫肌瘤中水囊的影响，本文基于 加入水囊后超声图像的质量降低。
