仿生物组织模型对高强度聚焦超声焦域影响的研究

运用有限元仿真分析了生物组织声学特性对高强度聚焦超声(HIFU)焦域的影响,为HIFU治疗安全性和可靠性提供理论依据。应用超声传播方程以及频域有限元算法(FEM)仿真HIFU治疗过程中因组织特性和厚度引起的焦域变化,并制作仿生物组织模型,进行实验验证焦域变化,分析讨论组织特性和厚度对聚焦区域、位置的影响。结果表明:随着声速增大,焦域尺寸不变,焦域向换能器一侧靠近;随着厚度增大,焦域尺寸基本不变,如果组织声速大于水的声速,则焦域向换能器一侧靠近;如果组织声速小于水的声速,则焦域向远离换能器一侧移动。     

高强度聚焦超声作用下的组织温度场测量技术的研究进展

高强度聚焦超声是近年来兴起的一种肿瘤无创治疗新技术,而温度监控是该治疗的关键,故温度场检测成为超声医学工程学研究的热点。该测量方法中的有损测温对实验操作要求较高,且易引起肿瘤细胞的转移;无损测温方法包括超声、微波辐射、电阻抗成像和MRI(磁共振)等,文章对这些新技术的优点和局限性作出综述。     

高强度聚焦超声肿瘤治疗系统专项技术研究

本文通过对高强度聚焦超声治疗基本原理介绍,对HY2900聚焦超声肿瘤治疗系统实际工作几项特色专项技术HIFU声场分布参数测量、HIFU温度场测量、三维重建技术中任意方位切面图像浏览及边界轮廓的实现方法等进行讨论,介绍相关技术及方法.     

双频高强度聚焦超声换能器应用研究进展

高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)消融实体肿瘤已在临床治疗中展示出良好的应用前景。HIFU消融肿瘤技术由于其使靶区肿瘤组织瞬时升温至60℃以上,产生不可逆性凝固性坏死,同时不影响靶区外正常组织而被广泛应用。目前治疗用超声主要使用单频率高强度聚焦超声,但其临床应用的主要限制是靶区组织消融时间较长,靶区外正常组织损伤风险较大。缩短靶区组织消融时间,对于提高HIFU治疗效率,更好地应用于临床较为关键。在总结HIFU换能器的特性和影响HIFU治疗因素的基础上,综述了应用不同类型的双频HIFU换能器强空化和缩短靶区组织消融时间等方面的研究进展。     

腔内高强度聚焦超声肿瘤治疗的实验研究

本文作者对于利用高强度聚焦超声（ＨＩＦＵ）进行肿瘤腔内治疗作了许多理论计算和试验工作,比较了两种换能器的聚焦特性并研制了一种既能监视又能治疗的高强度聚焦超声换能器,利用此换能器对人工模及活体肿瘤进行了一系列加热实验,验证了高强度聚焦超声治疗肿瘤的可行性。为加热治疗机的开发提供了依据。     

高强度聚焦超声换能器的新型设计

采用高强度聚焦超声（HIFU）治疗局部肿瘤，如何增强对病变区域的辐照效果，而尽量减少对健康区域的辐照损伤是一个很重要的问题。文章基于目前常用的凹球面自聚焦换能器，提出了解决上述问题的方案，设计了新型的换能器，对其工作方式及声场特性进行了研究。结果表明：采用多换能器轮流发射的方式进行治疗是一种行之有效的解决方案。     

用于肿瘤治疗的高强度聚焦超声换能器及其温度场测量

高强度聚焦超声（HIFU）作为一种具有巨大潜力的、无损的、有效的肿瘤治疗手段,已得到普遍认同。本文介绍了所研制的HIFU治疗系统,对其关键部分高强度聚焦超声换能器的温度场特性,从理论上和实验上进行了深入的研究,并提出了超声声场的理论算法.     

高强度聚焦超声热疗中组织损伤的一种监测方法

用特定频率和功率的高强度聚焦超声（HIFU）照射离体猪肉组织,研究了焦点区域的B超图像变化与HIFU导致的组织损伤之间的关系,并研究了M超信号变化和温度的相关性。结果表明：逐渐增加HIFU照射次数,焦点区域组织变性,B超图像发生明显改变。靶区内灰度超过设定的阈值的区域面积增大,区域内灰度升高,两者均与照射次数成近似线性关系;模拟加热实验中M超信号也随温度升高而变化,其变化较B超更显著。与以往的方法相比,实验系统可以实时地检测到组织损伤的程度和范围,提供了一种新的可视化的HIFU治疗实时监测方法。     

高强度聚焦超声治疗裸鼠胰腺癌皮下移植瘤的初步研究

目的：观察高强度聚焦超声（HIFU）治疗裸鼠胰腺癌皮下移植瘤后的超声回声及病理变化。方法：36只裸鼠在皮下接种SW1990人胰腺癌细胞,随机分成三组,HIFU组18只,假照组9只,对照组9只。治疗中记录肿瘤的回声变化,治疗后每隔四天采用超声观察肿瘤的大小及回声变化,共随访4周。HIFU治疗后于靶区取样进行光镜和电镜检查。结果：HIFU治疗2周后,HIFU组肿瘤体积都有缩小,而假照组和对照组肿瘤继续生长。镜下可见HIFU组靶区内肿瘤组织完全凝固性坏死。结论：HIFU能够有效治疗裸鼠胰腺癌皮下移植瘤,可望成为治疗晚期胰腺癌的有效方法。     

高强度聚焦超声肿瘤治疗仪控制系统设计及功能测试

用高强度聚焦超声(HIFU)治疗肿瘤近年来受到越来越多的关注。目前已有的HIFU肿瘤治疗仪采用的是湿式设计，将病灶部位浸入水槽内，探头由下至上进行治疗。这样不仅不方便且对一些特殊部位——如颈部无法进行治疗。文章介绍的HIFU肿瘤治疗仪成功采用干式设计，将探头放入一水囊内，由上至下经水囊耦合对病灶区进行治疗，增加了对控制系统的控制精度、速度与可靠性的要求。文章首次设计了一块DSP电路板作为可独立运行的HIFU前端控制器，在该板上集成了控制步进电机、脉冲编码器、超声功率放大器及实时控制策略运算等HIFU肿瘤治疗所有控制功能。DSP板可通过：RS232接口与后端PC主机通讯，并经过光电隔离、电平转换后与步进电机等外围器件连接。该仪器已通过了功能测定，并已进行了离体试验，测定与试验结果令人满意。     

橡胶辊交变载荷下滞后致温升的有限元计算

目的研究橡胶辊在交变载荷作用下因滞后作用造成的温升。方法采用有限元数值计算方法,得到橡胶辊在交变载荷作用下的应力应变历程,并据此编程计算滞后生热率,以此作为材料单元的内热源进行热传导有限元计算,得到其温度场分布。同时研究不同载荷、损耗因子、转速及材料厚度这4种因素对橡胶辊滞后温升的影响。结果橡胶辊平均滞后温升和最高滞后温升都随载荷、损耗因子、转速的增加而增加,随厚度的增加而减小,其中载荷因素对滞后温升影响最大,最高滞后温升约为2~10℃。结论合理设计及选择橡胶辊材料、尺寸、载荷及转速,可有效避免生热以及因热造成的疲劳损坏,延长橡胶辊的使用寿命。     

高速滑靴瞬态摩擦温升研究

目的飞行器试验时,滑靴会因为与轨道间强烈的摩擦热、气动热以及接触表面微观粗糙峰间的相互高速冲击而产生磨损、温升、凿削等损伤,针对这种情况,利用数值模拟软件进行研究,以解决目前通过实际手段无法有效检测滑靴烧蚀的难题。方法利用Comsol Multiphysics高级多物理场有限元仿真软件对靴轨摩擦副建模,主要分析滑靴在不同速度、不同载荷下由于摩擦生热产生的温升现象。结果滑靴的具体烧蚀情况会随着施加速度、载荷的不同而有差异;其中,滑靴在最高速度为300 m/s时开始烧蚀的时间比最高速度为100 m/s时提前了1 s;而载荷对滑靴表面温度的大小略有影响。结论为滑靴的合理设计提供了理论依据。     

减摩涂层对滑靴摩擦温升与温度场的影响

地面飞行器试验时,滑靴承载着飞行器在滑轨上高速滑行,滑靴和滑轨形成了高速干摩擦滑动摩擦副。利用有限元软件ABAQUS建立了飞行器试验中滑靴与滑轨的滑动摩擦热-结构耦合场模型,研究了滑靴在运行工况下含Ni包MoS2/Cr3C2-25NiCr减摩涂层对滑靴温度场的影响。结果表明:减摩涂层可以有效降低滑靴温升,对滑靴材料选择和结构设计提供了理论依据。     

基于多物理场耦合及温升特性研究的变压器热点温度建模与仿真分析

变压器温升特性研究尤其是热点温度测算不但能够指导变压器工程制造,而且有利于掌握变压器的运行状态,从而避免热故障的发生并指导变压器动态增容.对现有热点温度计算方法进行改进,提出一种基于多物理场耦合的油浸式变压器温升模型.以500 kV油浸式变压器为例,采用能量守恒原理分析变压器热特性,建立变压器温度场与流场的数学模型和物...     

烘干炉内易开盖升温特性试验及数值模拟研究

目的 易开盖刻线修补涂层在烘干过程中易出现气泡、开裂和剥落等问题,为此需对易开盖在烘干炉内的升温特性进行研究。方法 采用现场试验和数值模拟方法,首先对炉内温度分布及易开盖表面温度变化进行测定,随后基于CFD仿真技术,利用动网格模型对易开盖在炉内运动加热过程进行模拟,并采用动态边界条件对单片易开盖表面温度分布进行计算。结果 炉内温度变化特性为沿盖体运动方向先上升后下降,两侧各存在一个温度突降区域;易开盖在炉内加热过程呈现快速升温、缓慢升温和快速降温3个阶段,125、130和135 ℃ 3个烘干炉设置温度工况下,易开盖表面最高温度分别为148、152和155 ℃,温度越高涂层气泡越多;加热初期易开盖表面温差较大,最高达5 ℃,后期温差逐渐降低至1 ℃以下。仿真结果与试验数据吻合较好,平均相对误差MRE值为0.1。结论 获得了易开盖在炉内的升温特性及最优加热工况,同时构建了基于动网格模型的易开盖运动加热CFD仿真方法,对烘干炉的设计和运行具有指导意义。     

LOCA条件下包壳材料感应和电阻加热温升行为的对比研究

目的使有限元模拟技术成为一种切实有效的研究方法,进而为高性能反应堆包壳材料的设计以及可能发生的LOCA(Loss of Coolant Accident)事故下的应急措施等提供理论依据。方法基于COMSOL软件模拟分析典型锆合金核材料在LOCA条件下分别经感应加热和电阻加热后的温升行为。结果感应加热条件下,锆材的体积内最高温度、体积平均温度与表面中心点温度的差值随着温度上升逐渐增大,在1200℃瞬时温度下,温度差值最高,约为41℃。电阻加热条件下,锆材的体积内最高温度、体积内中心温度与表面中心点温度在加热的整个阶段近乎重合,最大差值约为3℃;锆材的体积平均温度、表面平均温度与表面中心点温度的差值出现负值,最大差值约为30℃。结论电阻加热和感应加热虽均适用于堆外研究反应堆失水事故下包壳材料所面临的超高温度及超快升温速率的工况模拟,但限于实际工况下电阻加热速率的滞后性,推荐使用感应加热进行后续的模拟研究工作。相关结果可为高性能反应堆包壳材料的设计提供必要的理论依据。     

高温锻钢闸阀的温度场计算和热固耦合分析

针对高温锻钢闸阀的设计要求,基于美国机械工程师协会（American Society of Mechanical Engineers,ASME）标准规范和有限元分析方法,研究闸阀的虚拟性能评估技术。为了保证闸阀在高温条件下安全可靠运行,提出一种应用有限元软件Ansys计算高温锻钢闸阀温度场和应力场的方法。首先对高温锻钢闸阀的温度场和总应力场进行定量计算及分析,然后完成应力评定并对结构性能进行分析和评价。结果表明：该闸阀的阀盖圆筒高度足够,散热板设计面积合理,承压边界部件能够满足强度要求,具有良好的工程实用价值。     

超弹性NiTi合金率相关相变图案演化模拟

基于超弹性NiTi合金薄板在不同温度下的拉伸实验结果,采用三段线性弹塑性本构模型,通过热物理常数等效法考虑相变潜热对温升的影响,利用有限元软件ABAQUS对相变图案演化进行模拟,揭示相变图案演化的率相关性机理。模拟结果表明:超弹性NiTi合金在拉伸过程中发生应力诱发马氏体相变,宏观表现为局部相变带的萌生、扩展与合并;由于相变潜热的释放,相变带的萌生伴随着局部温升,温升的峰值与加载应变率密切相关;局部相变带与加载方向成一定夹角,角度为50°~65°;随着加载速率增加,试样从等温向绝热状态转变,相变应力与局部温升随之增加,相变更容易在低温区域萌生,导致相变带数量不断增加;模拟的超弹性NiTi合金在不同应变率下的相变图案及温度场演化与实验结果吻合较好,为阐明该合金的相变局部化演变过程提供了参考。     

流固耦合作用下变速箱体噪声辐射特性研究

运用流固耦合有限元理论,建立了具有一定高度油液的某型车辆复杂变速箱箱体的有限元模型。在振动分析的基础上,运用边界元理论对某一工况下含有不同油液的箱体外声场进行了声学计算,分析得到了耦合作用下箱体的噪声辐射特性以及润滑油对箱体噪声辐射的影响规律。最后通过声强法测定噪声源声功率级的试验进行了验证。