HIFU治疗中声衰减及声阻抗特性的测量与研究

论文摘要

高强度聚焦超声(HIFU)治疗是近年来兴起的一种新型肿瘤治疗技术,具有无损、局部绿色以及临床应用潜力大等优点。HIFU信号在人体组织传播过程中,由于器官组织结构的复杂性,诸多被激励出的波形成分在组织内部经过反射、透射、折射以及散射和吸收衰减,信号的幅值、能量、频率、相位、传播速度等随温度发生相应的改变,组织的某些声学特征参数呈现出有规律的变化从而反映出生物组织的微观结构特性以反馈治疗效果。本文基于超声传输原理和信号处理的相关方法,探讨了组织声学特征参数(声衰减和声阻抗)的测量及相关性质,主要内容有:1.超声传输原理阐述和实验系统的搭建。介绍了生物组织中声波传播理论,分别搭建了HIFU实验系统和恒温水浴实验系统,选取离体猪肉组织作为实验对象,利用上述实验系统获取实验数据,研究了超声回波信号截取滤波等预处理并分析其效果。2.衰减系数的测量与研究。提出了利用品质因子加权反演衰减系数的方法,通过信号中心频率提取品质因子,并比较不采用分频算法和分别采用ITD及EMD分频算法确定中心频率对衰减系数测量精度的影响。仿真结果显示采用分频算法求取各层中心频率后提取的品质因子反演得到的声衰减系数误差明显比不采用分频算法低,且经过EMD方法得到的结果优于ITD方法。通过对HIFU实验中组织的声衰减系数进行研究,发现声衰减系数总体趋势上与频率近似呈线性关系,且随着温度升高,衰减系数呈平方递增趋势。3.声阻抗的测量与研究。根据超声传输原理,建立了离体猪肉组织模型,推导出声阻抗与回波能量的数学关系应用于HIFU治疗区域声阻抗的测量,并利用水浴系统设计对比实验进行验证分析。结果表明两种方法测量的声阻抗相对误差控制在0.5%以内,且二者随温度变化趋势均呈现出良好的一致性,也证明本文提出的回波能量法能有效测量HIFU治疗区组织声阻抗。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 伍枝平

导师: 钱盛友

关键词: 高强度聚焦超声,衰减系数,声阻抗,品质因子

来源: 湖南师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,医药卫生科技

专业: 物理学,工业通用技术及设备,肿瘤学

单位: 湖南师范大学

基金: 国家自然科学基金项目(No:11474090,11774088)

分类号: R730.5;TB559

总页数: 65

文件大小: 2975K

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