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相控阵高强度聚焦超声的研究进展


□ 王晓东 王君琳 李 平

  摘要 相控阵高强度聚焦超声(high Intensity focused ultrasound,HIFU)技术可以通过电子调相自由控制聚焦区域中焦点的形状、位置、个数等,实现高精度、高效率的治疗。文章主要介绍了相控聚焦超声的原理、阵型设计、声场优化、控制算法、电路设计以及换能器材料等几个方面。
  关键词 相控,高强度聚焦超声
  
  1 引言
  
  半个多世纪以来,高强度聚焦超声(high inten-sity focused ultrasound,HIFU)技术作为治疗肿瘤的一个有效手段,以其非介入、无创的特点引起了人们的关注。比较其他的热疗技术(如微波、低频射线、激光凝固等),HIFU能够精确控制超声聚焦区域,使目标靶区的温度控制在预定的范围,从而避免了其他热疗能源因热传导不均匀而造成的治疗效果失控的弊病。HIFU技术已被证明可以应用于肝脏、肾脏、胰脏、直肠、前列腺、乳腺、骨、皮肤、子宫、眼科、颅脑等部位的肿瘤等疾病的治疗。
  就HIFU探头的结构而言,目前主要分为三种形式:一种是一个平面压电陶瓷片外加聚焦声透镜,用透镜聚焦;一种是将多个小的压电陶瓷片镶嵌在一个装置(如凹球面)上,自聚焦;还有一种是多个小压电陶瓷片镶嵌在一起,通过相控聚焦。前两种结构焦距固定,通过机械扫描,移动阵列,达到对不同位置与深度的组织进行治疗的目的,其结构简单,聚焦点能量高,焦区面积小,但是操作不方便,效率不高。电子相控聚焦的主要优点是不需要机械移动,扫描速度快,精确度高,而且可以根据肿瘤的大小和位置来设定聚焦方式,通过电路来控制焦点,根据需要预先设定好加热图,这样不仅节省了时间,而且给有骨骼遮挡(如肝)部位的肿瘤治疗提供了方便;利用此方法可以一次形成多焦点,对于较大体积的治疗区域,这种治疗模式不仅可以减少治疗时间,提高治疗效率,而且对比单焦点扫描方式可以获得更好的声场分布,达到较好的治疗效果;在实际治疗中,相控方式还可以通过调节发射时间,补偿由于移动或组织的非均匀等因素造成的畸变。
  
  注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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摘自:物理 2007年第10期  
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