Page 63 - 《应用声学》2025年第1期
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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
                                                                        ᑲඡඵ   (̋ᔉᐛ+ພஐʹᒛ)
             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
                                                    ◦
             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
                                                                                                ଍҄ጇፒ
             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。
                                                                           ᫾ઈӜᦡᄤ       Ҫဋஊܸ٨       ηՂԧၷ٨
                 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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