HIFU治疗中生物组织对声学焦域及声的非线性影响的研究

徐遨璇，王月兵，郑慧峰，曹永刚，陈 璐

(中国计量大学计量测试工程学院，浙江杭州 310018)

0 引 言

近年来，随着超声诊断和治疗的广泛应用，其安全性问题越来越受到人们的关注。高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound, HIFU)治疗技术已应用于多种实体性肿瘤的临床治疗中，其作为一种非侵入性的方法备受关注[1-2]，而我国在 HIFU技术领域更是位于国际前列，在不断的研究和临床试验中，我国的HIFU技术越来越成熟[3]。HIFU起源于二十世纪四十年代，由Lynn等[4]提出了HIFU，并利用它热凝固体内组织。HIFU技术的治疗过程是把水介质作为媒介，将人体外的超声波通过水体聚焦传播到人体内某一治疗靶区，期间需经过生物组织层，然后在焦点区域形成瞬间高温，从而杀灭肿瘤组织形成损伤灶，达到无创治疗的目的[5]。在人体组织内形成的损伤区域是HIFU治疗的关键，而损伤区域受声学焦域的位置、形状、声强和谐波成分共同影响。在HIFU治疗过程中，超声束需穿过皮肤、脂肪、肌肉等多层组织才能到达靶区，超声能量沉积在声通道组织而发生衰减。由于生物组织的不均一性以及声学特性的差异，致使组织的厚度及介质内的传播声速存在差异，这使得HIFU焦域的位置和形状发生改变，从而影响靶区的能量分布和损伤灶的形成。同时生物组织影响HIFU焦域的强度变化，其非线性效应会发生改变，对治疗也会产生一定的影响。

在生物损伤区域研究方面，国外Watkin等[6]进行了HIFU在生物组织中形成损伤的实验，研究表明，随着声强的提高，焦域位置前移且形状由长椭球形逐渐变为“蝌蚪形”。……