高强度聚焦超声换能器地研究.pdfVIP

高强度聚焦超声换能器的{湃究 ’～___H_h¨^■__H‘●～ 孙福成、萧翔麟、杨悦、张玲玲 上海空通大学生物医学工程系‘上海．200030) 钱盛友 湖南师箍大学物理最(长沙，410006) 近年来，国内外学者利用高强度聚焦超声(HIFU)治疗人体肿瘤的研究作了许多有 成效的工作。它可以在较短时间内使肿瘤组织的温度升至80℃以上，达到使肿瘤组织凝 固、坏死的目的，是一种治疗肿瘤的较好方法。 间较长后透镜容易变形，故要找到一种能耐高温、阻抗较匹配的材料。但这种材料较难发 现。 把压电材料制成凹球面，镀银极化后制成凹球面自聚焦超声换能器，可以克服声透镜 材料易发热的缺点，而且能制成小形状适于腔内HIFU治疗。 在凹球面自聚焦超声换能器发射面贴上匹配层后。发射功率可提高50％。 一、聚焦方式 本文讨论声透镜聚焦与凹球面自聚焦的特性，进行比较，如表1所示： 表i．两种换能器的焦距特性 聚焦方式 几何焦距 ‘换能器半径 声焦距 焦点声压幅值 轴向3d8宽侧向3dS宽 (啪) (啪) (m)(×lO’a)(gilt】 (cm) 透镜 3．5 1．0 2．83 11．92 1．87 0．2I 7．0 2．O 6．38 20．48 2．4 0．24 自聚焦 3．5 1．0 2．81 10132 2．It 0．24 7．0 2．O 6．53 19．00 2．84 0．26 由上表可见：在相同的几何焦距及换能器半径前提下，两种聚焦方式的声焦距非常相 近，焦点声压幅值相差也不大；与想象中的结果相反，声透镜聚焦方式对应的焦斑更小； 随着几何焦距增大，两种聚焦方式的焦点声压幅值的差异更小。当然，如果透镜材料的衰 减系数很大或者超声频率很高时，情况会有所不同。 使用不同的材料制作声透镜，取透镜的几何焦距为3．5cm．半孔径为lcm．超声频率 为IMHz。计算结果如表2所示。 表2．不同透镜材料对聚焦的影响 材 料 声速c 密度P 焦点声压幅值 声焦距 (m／s) (×103Kg／m3)(×106Pa) (cm) 聚苯乙烯 2340 1．05 13．S0 2．78 有机玻璃 2720 1．19 lI．92 2．83 铝 6260 2．70 10．93 3．20 由表中参数可知，材料声速大，声焦距也大。 二、耦合液对凹球面自聚焦声场的影响 超声治疗中，超声探头～般并非直接置于人体组织。声波需经过一定耦合后才能进入 人体组织。耦合液起到以下作用：耦合声波，通常的声阻抗匹配，冷却压电晶片和人体表 面组织，防止烧伤。一般忽视了耦台液多少及耦合液温度变化对聚焦声场的影响·针对HIFU 治疗，我们用分层介质模型深入研究了不同情况下耦合液凹球面自聚焦声场的影响。 将声场空间分为两部分，一部分的媒质为耦合液。另一部分媒质为软组织，耦台液的 密度、声速和衰减系数分别为pl、c1、蛳，软组织的密度、声速和衰减系数分别为p2、C2、 a：。假定凹球面晶片上各点振动速度幅值均为”。，且相位相同，频率为，。 根据瑞利公式，凹球面晶片上任意微元豳产生的声波到达两种媒质的分界面上的点A e‘’。11 时，声压为： @=_，p,fiz——豳