HIFU技术的研究

高强度聚焦超声技术起源于４０年代,当时由于缺乏高精的成像和定位技术,影响其发展,该项技术在许多方面优越于传统外科手术,具有极大的潜在临床应用价值。高强度聚焦超声对组织切换除有很高的精确性,换能器探头的选择也为灵活。该技术在对机体的生物效应包括：热效应,空化效应,与药物的相互作用和提高机体免疫机能等。该技术的应用已深入到社会科,泌尿科,等领域。     

在超声场中微细颗粒增强MMC的研制及有关理论探讨

在讨论了关于改善颗粒被铝液的润湿性、微细颗粒在基体合金中均匀分散的原理的基础上,采用一套特别设计的装置,发展了一种在超声场中制备微细SiC、Si_3N_4和AlN颗粒增强MMC的办法。实验结果表明,高强超声处理大大地改善了铝液对微细颗粒的润湿性,使颗粒得以迅速混入熔体并均匀分散。MMC_p的铸态组织致密而均匀,表明设计的这套装置适于制备微细颗粒增强MMC_p。MMC_p可以像基体合金一样进行热挤压。微细颗粒的强化效果优于大颗粒,裂纹通常产生于大颗粒和金属基体间的界面上。 对高强超声在熔体中的传播及声空化和声流效应对微细颗粒的润湿和分散作用进行了实验观察和理论计算。结果显示,熔体中的声强足够高,导致了强烈的声空化和声流效应。声空化所引发的局部高压和高温分别为10~3～10~5大气压和10~3～10~4K。由于高强超声在熔体中迅速衰减,所以声空化最强作用区在变幅杆的端面。声流的最大速度达2.56m/s,熔体被其强烈搅拌。 运用力学及热力学观点分析了铝液润湿颗粒的机制。得出的结论是,超声对熔体/颗粒界面施加的能量极大地促进了铝液对颗粒的润湿。颗粒混入熔体的全过程包括润湿—弥散—部分脱附—少量团聚四个步骤。声空化引发的高压和高温可以清洗和活化颗粒的表面,使颗粒的表面能增大。而声空化引     

单频超声和双频复合超声的空化效应实验研究

从超声电功率、超声作用时间和溶液温度来研究超声的空化效应,采用碘化钾溶液中碘的释放量来测定超声的空化产额,研究结果表明：在相同的电功率输入情况下,双频复合超声（25kHz/40kHz）释放碘的量远大于单频25kHz超声和单频40kHz超声释放的碘的量,双频复合超声的空化产额高于单频超声。     

高压密相流体中超声空化现象的研究

利用空化测试材料研究了超声在高压密相流体CO2中的空化效应,并从理论上进行了分析。实验发现在相同功率的超声作用下,空化测试材料在高压液体CO2中能产生明显的空洞,但在超临界CO2无空洞产生,说明超声能在高压液体CO2(亚临界)产生超声空化现象,而不能在超临界CO2中产生空化现象。理论分析表明,当CO2处于高压液体状态时,由于CO2具有很高的蒸汽压,抵消了外界的高压,因此超声能够产生空化效应;而当CO2处于超临界状态时,由于体系不存在汽-液界面,因此阻碍了空化现象的产生。     

仿体中超声空化效应的B超图像处理

0引言使用高强度聚焦超声(HIFU)照射组织,将产生声空化现象。在声空化过程中,声场能量于空化气泡内高度集中,当能量积累到一定阈值后,空化气泡瞬间崩溃。在气泡崩溃的瞬间能量会释放出来,形成局部的高温、高压、强冲击波等极端物理现象[1]。这将使周围的组织细胞遭到损伤。因此,对HIFU空化的监控显得尤其重要[2]。本文主要研究不同脉冲宽度的高强度聚焦超声(HIFU)在体外仿体中引起的空化气泡群面积随时间的变化。从而实现对HIFU空化的实时监控。     

柱形料腔中超声空化效应的空间分布特性研究

研究了20 kHz的圆柱形料腔中超声空化效应的形成及其空间分布特性。应用柱贝塞尔函数,推导获取了柱形声场内超声传播的声能密度的分布,并采用有限元方法进行仿真分析。针对频率为20 kHz的功率超声实验,结合声学测量方法和鲁米诺声致化学发光方法,对理论分析结果进行了验证对照。结果表明:料腔半径R=50 mm,20 kHz谐振液位高度H=90 mm时,若功放电流<40 mA,超声空化效应出现在变幅杆端部区域;若40 mA≤功放电流≤80 mA,空化效应显著增强,空化效应的空间分布与场内声压分布一致,空化效应受声模态影响,形成远场空化效应的分布特性;若功放电流>80 mA,受非线性因素影响,谐振液位时,空化效应在声流作用下呈柱形拖尾状分布,并在底部壁面边界形成平铺状分布;非谐振液位高度等于75 mm时,超声空化效应随功率增加仅在变幅杆端部区域出现,且呈现局域空化分布特性。     

双频超声空化效应强化提取中药有效成分的实验研究

设计了25kHz和40kHz的双频超声强化提取装置,以碘化钾中碘的释放量研究双频超声的空化效应,并以黄柏为原料研究双频超声对提取小檗碱的强化效果,结果表明:在相同实验条件下,双频超声的空化效应远大于单频超声的空化效应;25kHz与40kHz双频超声时的提取率为64.1%,单频25kHz及40kHz时的提取率分别为36.8%和19.0%,双频超声强化的提取率显著高于单频超声强化的提取率。研究还表明,双频超声强化可以降低提取温度,缩短提取时间,为热敏性药物的提取提供了新的强化方法。     

声流条件下超声空化气泡分布研究

研究了频率为 20 kHz的超声作用在圆柱形料腔中出现声流现象时超声空化效应的空间分布特性。结合大振幅声源条件下的声辐射力,对声场内的声流现象进行了仿真分析,获取了不同超声功率和液位高度下的声流速度场分布,初步探究了声流条件下空化气泡的运动分布规律。采用超声空化效应的声致化学发光实验,对比研究了有、无声流条件时超声空化效应的空间分布特性。结果表明：功放电流高于 80 mA(电功率为 17.6 W)时,超声场可形成稳定的声致流动现象且可有效提高其声能辐射效率,大大增加了空化效应的作用区域,进而提高了声化学反应效率;声流条件下料腔内超声空化效应的分布区域与超声功率(振幅)、料腔液位高度相关,功放电流从 40 mA(电功率为8.8 W)增加至 120 mA(电功率为 26.4 W)时,空化面积占比提高了 100.86%,液位高度为 60 mm时的空化面积占比较50 mm和 70 mm时分别提高了 13.11%和 73.91%,提高超声功率及选择合理的料腔液位高度,可有效提高空化气泡扩散距离,增大空化分布面积;对于固定形状及尺寸料腔中的声场,声流速度达到一定阈值时,会出现空化效应增强,空化效应增强区域位于大于声流速度阈值的区域内;空化气泡的扩散分布与声流速度场密切相关,表现为随声流速度场的变化在料腔中部沿径向扩散、沿变幅杆轴向且在料腔底部沿径向扩散、沿变幅杆轴向扩散三种扩散分布模式。     

非侵入式超声塑形及其实现的关键技术

非侵入式超声塑形是最近几年刚刚兴起的技术，使用特殊的换能器产生高能量聚焦超声波作用于人体脂肪层，利用超声波的空化效应破坏脂肪细胞膜，游离的脂肪通过人体代谢系统排除体外，从而达到塑形的目的。此项技术具有安全无创等优点。简要讨论了非侵入式超声塑形的物理机理、工作参数、实际系统的构成和工作原理，重点介绍了其中的两项关键技术：超声塑形系统中的发射换能器和频率跟踪技术的应用。     

高强度聚焦超声治疗的实时被动空化检测系统及其实验研究

高强度聚焦超声（High Intensity Focused Ultrasound,HIFU）所致空化效应在临床应用中扮演着重要角色,对HIFU临床治疗过程中的空化活动进行实时监测,结合数据分析与治疗过程中实时反馈,可进一步提高HIFU治疗的安全性和有效性。在现有HIFU临床治疗系统的基础上,将两个被动空化检测探头与HIFU换能器集成。在Matlab环境下开发了独立的上位机控制系统,基于以太网通信和虚拟仪器技术,实现了上位机的自动测试,融合被动空化检测系统与HIFU临床治疗系统,对空化所致声发射信号进行实时监测。通过HIFU辐照离体组织实验对该系统进行了测试验证,各种声功率条件下的超声辐照离体组织监测过程中,次谐波幅值与宽带噪声的均方根被实时可视化,用于监测空化的发生;次谐波与宽带噪声均方根的积分曲线斜率用于表征组织焦域处的相对空化强度。实验结果表明,该系统可满足临床治疗过程中对空化活动进行实时监测和数据分析处理的需求,为深入研究实际临床治疗中空化效应和实时反馈提供了一种有力的研究手段。