Page 65 - 《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 61

生焦点在皮肤表面以下的体内浅表组织中。模型二
3 讨论
也证明当换能器靶点靠近脂肪 - 肌肉分界处时更容
易形成体内的次生焦点，也就更容易造成皮肤烧伤。 皮肤及浅表组织烧伤是利用 HIFU 治疗子宫
图 8 中各轴向深度下，次生焦点处的最大温度均超 肌瘤过程中最常见的并发症。虽然已有许多关于
过了 45 C，注意该温度信息是在 k-Wave 仿真中联 HIFU 治疗引起皮肤损伤的报道，但是大多数报道
◦
合声强与生物传热方程得到。 都基于临床数据，尚未有直接从声场传播过程探究
2.3 实验中证实次生焦点 可能造成皮肤发生损伤的原因。另外，现有的理论
认为皮肤烧伤主要是由入射声波在组织或界面处
将制备好的温敏仿体放置在体膜盒中，然后，
的能量沉积造成 [13] ，但这一理论无法解释声传播路
在仿体上方放置五花肉组织，脂肪面与仿体贴合。
径之外形成的烧伤病例。本文指出，当声波穿过声
将实验对象置于换能器正上方后，结合B超图像，调
阻抗相差较大的组织界面时发生反射，这些反射的
整换能器稍微位置，保证实际治疗焦点定位在五花
能量在一定条件下可形成次生聚焦点，如果次生焦
肉组织的肌肉层中。采用380 W的声功率对组织进
点落入组织内部，可造成皮肤及浅表组织烧伤。理
行HIFU辐照，持续辐照 10 s 后，然后停止 1 s，持续
论、仿真和实验等多种手段表明，腹部脂肪 -肌肉界
5 轮，第 5 轮辐照结束后，迅速观察透明体膜的变化
面反射所形成的次生焦点可使组织升温至 50 C 以
◦
情况。从体膜盒的侧面进行观察，发现透明仿体内
上。在一定治疗时长下，该现象是治疗声通道以外
出现了乳白色的区域，呈椭圆状，如图 9(a) 所示，从
区域出现烧伤的一个潜在因素。
侧面观察，该区域位于中间部位。为了防止降温后
在实验设计时，对五花肉组织进行去皮处理的
该现象消失，迅速从仿体的底部进行观察，也能观察
到底部中央位置有乳白色区域，如图 9(b) 所示。经 原因有两个。一方面，是为了排除皮肤脂肪界面的
影响，理论计算显示皮肤-脂肪界面的反射系数相对
过数秒后，该区域温度下降，乳白色区域消失，仿体
于脂肪 -肌肉界面更强 (如图 7 所示)，剔除皮肤脂肪
恢复透明状态。
界面，确保实验中观察到的次生焦点是脂肪 -肌肉
界面造成的。另一方面，在进行实验时，要保证焦点
定位在肌肉层中才能保证入射声能量经过脂肪 -肌
肉层，猪五花肉中皮肤和脂肪层厚度过大，与临床
HIFU 治疗有较大差距，去皮处理可方便实验实施，
且这一处理不影响本研究所关注的脂肪 -肌肉界面
(a) Ο᭧᜺ࠣ (b) अᦊ᜺ࠣ 反射问题。值得注意的是，图7 中由皮肤 -脂肪界面
图 9 仿体中出现次生焦点 形成的 A 区域次生焦点虽然能量更大，但一般只会
Fig. 9 Secondary focus appears in the phantom
落在治疗场景下的耦合水中，不对人体形成伤害。
该仿体的特性是温度升高到 45 C 左右时，它 理论分析和仿真研究均表明，脂肪 -肌肉界面
◦
的颜色会从透明色变成乳白色，仿体中呈现乳白色 形成的次生焦点 (图7中B区域的次生焦点) 也不一

说明该处有明显的温升。但是在辐照过程中，提前 定会造成伤害，只有当该界面与换能器的相对位置
已经借助 B 超声影像将焦点定位在五花肉组织的 在轴向满足一定条件 (治疗焦点靠近皮肤) 时，所形
肌肉层当中，说明体膜中乳白色区域的温升不是实 成的次生焦点才会落入皮肤及皮下组织，具体规律
际焦点直接作用的结果，而是次生焦点的能量累积 如图 8 所示。这一规律很有意义，因为临床治疗中，
的结果。 医生主要通过病人的术中反馈 (是否皮肤有疼痛感)
该实验结果证实了次生焦点的存在，并且该点 来判定是否皮肤烧伤正在发生，这很难完全避免烧
位于中间位置。在实际的临床治疗场景中，该次生 伤，而本文的研究结果可在术中预测由超声反射形
焦点如果在皮肤及皮下组织内，就会增加皮肤损伤 成的皮肤烧伤是否会发生。例如，基于术前影像数
的风险。 据，仿真获得图 8 中的曲线规律，在术中结合超声影