基于有限元法的超声引起的生物组织温度场的研究.zip

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文集编号: 2014120403153

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文档介绍

为了确保超声热疗与高强度聚焦超声的疗效,需要严格控制超声引起的生物组织的温度,因此在治疗的过程中温度测量是非常必要的。热电偶通常用于临床治疗,虽然它测量非常精确,但需要将它插入病人的器官,这会给病人带来痛苦,因此没有被广泛使用。学者们已提出一些无创测量温度的方法,如电阻抗断层成像、X-CT、磁共振成像、超声、微波、热温度补偿方法和计算机模拟,其中的温度场的计算机模拟是在考虑血流量、超声源的强度和皮肤外的温度基础上求解Pennes生物热传导方程所得。由于生物组织是多层结构,其形状是不规则的,因此必须采用数值方法来获得组织的温度场分布。在本文中,首先采用Khokhlov-Zabolotaskaya-Kuznetsov (KZK)方程用于求解多层组织的声场分布,紧接着用有限元软件求解Pennes热传导方程,获得多层组织在不同条件下的轴向温度分布。实验结果与理论对比表明实验和理论符合得较好。结果表明当样品厚度增加,部分能量被前面的组织吸收,因此焦点处将得到较少的能量,最高温度升高会降低,最高温度的位置也将向后移动。在增加换能器表面声压时,样品的最高温度的升高也将增加,但最高温度的位置保持不变,因此,换能器的表面声压对温度场有很大的影响。样品向后移动时,更少的能量将被前面的组织吸收,所以焦点将获得更多的能量,最高温升会增加,最高温升的位置也将向前移动。对于两层组织(脂肪-肝)和三层组织(脂肪-肌肉-肝脏),一部分能量被脂肪和肌肉所吸收,更少的能量在焦点被吸收,最高温升也将下降,最高温升的位置也将向后移动。研究表明,厚度和组织参数对超声热疗有非常重要的影响,在超声热疗中必须考虑在内。在前面有限差分数值计算的基础上,我们又用COMSOL有限元的方法将声场和温度场进行耦合,对聚焦超声的声场和温度场进行了模拟。分析多种模型下的声场温度场,比如不同组织厚度、不同的样品组织位置、多层结构、不规则组织、皮肤和有肋骨存在等等情况。并且分析了这些不同因素对温度场产生的影响。本研究结果将对超声热疗和高强度聚焦超声的发展提供有用的信息。

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贡献者

刘亦凡新来的

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