Page 63 - 《应用声学》2025年第1期

第 44 卷 第 1 期 陈丹等： 高强度聚焦超声在腹部多层组织中的次生焦点问题 59

此外，1.1 节理论分析已经得出：次生焦点是由 径为80 mm，换能器整体直径为220 mm。本实验中
入射超声通过脂肪-肌肉界面时的反射形成。由图2 采用的 HIFU 声功率即 HIFU 探头表面输出的声功
和图3 可知，当次生焦点位于脱气水中时，对人体不 率为 380 W，对组织持续辐照 10 s后，然后停止 1 s，
造成伤害。很显然，脂肪 -肌肉分界层在 HIFU 换能 持续5轮。
器深度方向上所处位置，决定次生焦点与皮肤的相
对位置关系。为了论证理论的正确性并研究这一关
系，本文还在k-Wave环境中开展了如下工作。具体
为在 HIFU 换能器位置不变的情况下，轴向 (图 3 中
的 Z 方向) 整体移动人体腹部组织来改变脂肪 -肌
肉界面相对于换能器的位置，以此探究次生焦点和
皮肤之间的相对位置关系。

1.3 离体实验
图 5 实验对象与 HIFU 换能器位置关系图
本文还通过仿体结合离体进行实验，进一步验 Fig. 5 Position relationship between experimental
证次生焦点存在的可能性。本研究所用材料为离体 object and HIFU transducer
猪五花组织和透明的温敏仿体。温敏仿体的主要 ᄬಖጸጻ ๒੺ѨJC200ጇፒ
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材料为 N-异丙基丙烯酰胺 (N-isopropylacrylamide,
NIPAM)，该体膜的特性是温度到达 45 C 左右
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时 [21] ，它的颜色会从透明色变成乳白色，当温度冷 ෵Ⴅࣾ
却下来之后，又会恢复成透明的颜色。猪五花组织 ܳ፥ᤂү
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是从当地屠宰场购买的，在宰杀 6 h 内，使用真空 Bᡔ
HIFU
泵脱气 40 min 后，将五花肉去皮后切割成规则的方 ૱ᑟ٨
块，用保鲜膜包裹放置于室温下备用。
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将制备好的温敏仿体放置在体膜盒中，体膜盒
底部由一层声透膜构成，然后，在仿体上方放置五花 图 6 实验装置示意图
肉组织，脂肪面与仿体贴合。如图 5 所示，将盛有仿 Fig. 6 Schematic diagram of experimental device
体和猪五花组织的容器水平放置于HIFU 换能器上
2 结果
方并浸于脱气水中，进行 HIFU 辐照实验。辐照时
要借助B超观察，让实际焦点位于肌肉层内，保证入 2.1 次生焦点的存在
射能量通过脂肪-肌肉界面层，从而创造次生焦点形 在各层组织完全平整 (图 4(a)，模型一) 的理想
成的条件。五花肉下方的透明仿体用于表征次生焦 情况下，仿真得到的声场分布如图 7(a) 所示，而当
点的存在，如果有能量汇聚在透明仿体内，到达温度 模型为不规则组织层时(图4(b)，模型二)，对应声场

阈值就会变成乳白色。 分布如图7(b)所示。观察仿真所得声场分布情况发
图 6 为实验系统示意图，主要仪器有海扶刀 ® 现，无论是在规则介质还是不规则介质的情况，除了
聚焦超声肿瘤治疗系统 (JC200 型，重庆海扶医疗 治疗焦点外，均在中心轴上出现了其他的能量汇聚
科技股份有限公司)、HIFU 换能器、C5-2c超声探头 点，即次生焦点，如图7中A、B区域所示。其中，B区
(中心频率 3.13 MHz，凸阵)、阻抗匹配盒 (重庆融 域的次生焦点更有可能落在皮肤或体内，是最可能
海超声医学工程研究中心有限公司)、功率放大器 造成皮肤烧伤的一个原因，而 A 区域的能量点在体
(重庆融海超声医学工程研究中心有限公司)、信号 外距离皮肤较远，基本可不考虑该 A 区域带来的烧
发生器 (DG4202，普源精电科技股份有限公司) 等。 伤问题。传热模型显示，此情况下，图7(a)和图 7(b)
HIFU换能器使用的是 1-3 型压电复合材料，本研究 中两个次生焦点区域 (B 区域) 的最高温度可分别
中采用的换能器中心频率为 970 kHz，中心开口直 达50 C和46.4 C。
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