Палажэнне і форма фокуснага дыяпазону гуку ўвагнутага сферычнага пераўтваральніка HIFU

Мэта Вывучыць змены ў форме і геаметрычным становішчы акустычнага фокуснага дыяпазону ўвагнутай сферычны ультрагукавой пераўтваральнік, калі інтэнсіўнасць гуку высокая і асяроддзе мае вялікае згасанне. Метады З пункту гледжання фізічнай акустыкі прааналізаваны эфекты нелінейнасці і аслаблення асяроддзя, выкліканыя высокай інтэнсіўнасцю гуку, на фокусны дыяпазон гуку, і лінейны алгарытм суперпазіцыі інтэграла Рэлея выкарыстоўваецца для выканання лікавых разлікаў мадэлявання. Як тэарэтычны аналіз, так і лікавыя разлікі паказваюць, што з павелічэннем інтэнсіўнасці гуку і сярэдняга паслаблення геаметрычнае становішча акустычнай факальнай зоны мае міліметровае прасоўванне ўздоўж акустычнай восі ў напрамку пераўтваральніка; у той жа час форма акустычнай факальнай зоны паступова змянялася ад сіметрычнага доўгага эліпсоіда да кароткага эліпсоіда з «тоўстай галавой і тонкім хвастом».

 

Высокая інтэнсіўнасць гуку і сярэдняе згасанне аказваюць важны ўплыў на становішча і форму факальнай вобласці гуку ўвагнутага сферычнага пераўтваральніка. Варта ўважліва ўлічваць дакладнае размяшчэнне і кантроль дозы абсталявання HIFU, распрацоўку стандартаў праверкі і нават клінічнае прымяненне.

 

мая краіна зрабіла выдатныя прарывы ​​ў распрацоўцы і клінічным прымяненні высокаінтэнсіўнага сфакусаванага ультрагуку (абсталяванне для высокаінтэнсіўнага сфакусаванага ультрагуку (HIFU)). Тым не менш, каб сапраўды дасягнуць дакладнага пазіцыянавання і кантролю дозы лячэння на абсталяванні, каб клінічнае лячэнне магло дасягнуць ідэальнага эфекту эфектыўнага знішчэння паразы без пашкоджання навакольных нармальных тканін, ёсць яшчэ шмат тэарэтычных і тэхнічных праблем, якія неабходна вывучыць і паглыблена вырашыць. Айчынныя і замежныя эксперыментальныя даследаванні па фарміраванні пашкоджанняў HIFU ў біялагічных тканінах паказалі, што з павелічэннем інтэнсіўнасці гуку становішча очаговой зоны перамяшчаецца наперад і паступова змяняецца ад доўгага эліпсоіда да «формы апалонікі» або «формы конусу». Хаця ў апошнія гады ў замежнай літаратуры былі зроблены некаторыя якасныя тлумачэнні вышэйзгаданай з'явы шляхам лікавага рашэння ўраўненні распаўсюджвання нелінейнай акустычнай хвалі (раўнанне KZK), але працэдура разліку складаная, а фізічная ўзаемасувязь у працэсе разліку незразумелая. Па гэтай прычыне ў гэтым артыкуле ў якасці прыкладу бярэцца ўвагнуты сферычны факусуючы пераўтваральнік і абмяркоўваецца праблема шляхам вывучэння ўплыву згасання ў асяроддзі і характарыстык нелінейнага распаўсюджвання пры высокай інтэнсіўнасці гуку на фокусны дыяпазон гуку.

 

У нашай папярэдняй працы на аснове дыфракцыйнага інтэграла Кірхгофа мы атрымалі выраз гукавога ціску ў любой кропцы адначастотнага гукавога поля пры ўмове лінейнага гукавога поля з увагнутай сферычны факусуючы пераўтваральнік з раўнамерным выпраменьваннем на паверхні (таксама званы для кропак Рэлея).

 

З аналізу тэорыі нелінейнай акустыкі, калі гукавы ціск адначастотнай сінусоіды, якая выпраменьваецца ад паверхні пераўтваральніка ў асяроддзе, дастаткова вялікі, гэта называецца 'хваляй канечнай амплітуды', якая распаўсюджваецца ў асяроддзі на пэўную адлегласць (так званую перарывістым адлегласцю). ), форма хвалі будзе скажоная ў пілападобны характар, які таксама можна разглядаць як ударную хвалю. У дадатак да асноўнай частаты зыходнага выпраменьвання частотны спектр гэтай хвалі таксама ўключае шэраг вышэйшых гармонік. Яны паступова ўтвараюцца шляхам бесперапыннага паглынання энергіі асноўнай хвалі падчас распаўсюджвання гукавых хваль, гэта значыць тканкавых гармонік ва ўльтрагукавой медыцыне. Каэфіцыент амплітуды можа быць выкарыстаны для апісання распаўсюджвання гармонік высокага парадку з адлегласцю распаўсюджвання і ўзаемасувязі змяненняў энергіі падчас распаўсюджвання.

 

Пілападобныя хвалі ўтвараюць адлегласць, таму σ - беспамерная велічыня, якая адлюстроўвае адлегласць распаўсюджвання. На падставе гэтага мы разлічылі крывую каэфіцыента амплітуды асноўнай хвалі і першых 3 гармонік. Калі гукавая хваля распаўсюджваецца ў асяроддзі, гукавы ціск згасае па экспаненце з адлегласцю, што можна выказаць у форме. Для агульных мяккіх тканін каэфіцыент згасання TM прыкладна прапарцыйны частаце. Каб спрасціць разлік, у гэтым артыкуле каэфіцыент згасання кожнага гарманічнага кампанента выражаецца як, дзе α — сістэма згасання гуку асноўнай частаты гукавой хвалі ў біялагічных тканках на адзінку адлегласці.

 

 

Яна павінна ўключаць гукапаглынанне і рассейванне тканіны. Пасля разгляду двух вышэйпералічаных фактараў (нелінейнасць і згасанне), выраз гукавога ціску ў сфакусаваным гукавым полі можна пашырыць да наступнай формы: гэта хвалевы лік кожнай гармонікі. Гэтую формулу мы называем лінейным алгарытмам суперпазіцыі інтэграла Рэлея.

 

Вынік:

 

1 Уплыў сярэдняга згасання на фокусны дыяпазон гуку

Параметры адзінкавага ўвагнутага сферычнага пераўтваральніка, які выкарыстоўваецца ў гэтай працы: радыус крывізны R = 15 см, радыус апертуры a = 42 см, рабочая частата f = 1,7 МГц. Мяркуючы, што асяроддзем з'яўляецца звычайная мяккая тканіна, яго каэфіцыент згасання α знаходзіцца ў дыяпазоне 01-30 дБ (см·Мг). Хуткасць гуку, шчыльнасць і іншыя параметры асяроддзя прымаюцца па адпаведнай літаратуры. Для вывучэння каэфіцыента згасання як адзінага ўплывовага фактару неабходна вылічыць і прааналізаваць толькі адну частату, а менавіта асноўную частату, для змены закона вобласці фокусу гуку з рознымі значэннямі α. Па гэтай прычыне ў формуле (3) была праведзена серыя лікавых разлікаў, прыняўшы М=1. Вынікі паказваюць, што з павелічэннем згасання, гэта значыць пры α = 0,3, 13 і 23 дБ (см·Мгц), форма акустычнай факальнай вобласці -6 дБ паступова змяняецца з доўгага эліпсоіда на кароткі эліпсоід, а яго доўгая вось1 і кароткая вось

 

2

Іх 111, 104 і 92 адпаведна. Палажэнне факальнай зоны (становішча на акустычнай восі), дзве апошнія знаходзяцца адпаведна на 30 мм і 65 мм наперадзе першай уздоўж акустычнай восі пераўтваральніка. Пры гэтым галоўка факальнай зоны (канец, блізкі да пераўтваральніка) больш «тоўсты», чым хвост (канец, аддалены ад пераўтваральніка).

 

2 Уплыў нелінейнасці, выкліканай высокай інтэнсіўнасцю гуку, на дыяпазон факусіроўкі гуку аднолькавы, гукавы ціск павярхоўнага выпраменьвання разглядаецца як адзіны фактар, і яго значэнні складаюць адпаведна 44, 73, 4 МПа і α = 3 дБ (см·МГц). Улічваючы, што згасанне ў асяроддзі хутка ўзрастае з павелічэннем частаты гармонікі, колькасць гармонік не павінна быць занадта вялікай. Вынікі разлікаў паказваюць, што: калі гукавы ціск павярхоўнага выпраменьвання павялічваецца, змяняюцца становішча і форма факальнай зоны, у адрозненне ад змены каэфіцыента згасання. Ён такі вялікі, але закон яго змены падобны. Гэта значыць, пазіцыі двух апошніх фокусных абласцей ссунуты наперад на 16 мм і 21 мм адпаведна; суадносіны доўгай і кароткай восі факальнай вобласці 6 дБ складае 119, 116 і 113 адпаведна, і галава факальнай вобласці таксама мае тэндэнцыю станавіцца «тлусценнем».

 

3 Камбінаваны ўплыў згасання і нелінейнасці на фокусны дыяпазон гуку

Вышэйзгаданыя два каэфіцыенты адначасова ўключаюцца ў формулу (3) для разліку. Малюнак 3(a) і малюнак 3(b) адпаведна паказваюць, што α=3 дБ тушэння (см·МГц), P′ 0=44 МПа і α=2,3 дБ тушэння (см·МГц), P' 0=44 МПа

Пры адначасовым уліку згасання і нелінейных эфектаў контур лініі ізагукавога ціску ў факальнай зоне з'яўляецца вынікам разліку на малюнку. У параўнанні з двума, пазіцыя факальнай зоны перасунулася наперад на 8,4 мм, а суадносіны вялікай і малой восяў факальнай зоны змянілася з 11,9 да 8,5. Гэта паказвае, што тэндэнцыя змены факальнай зоны, выкліканая каэфіцыентам згасання і нелінейнасцю, аднолькавая, таму агульны эфект узмацняецца.

 

 

у заключэнне

Тэарэтычны аналіз і вынікі разлікаў у гэтай працы паказваюць, што высокая інтэнсіўнасць гуку і сярэдняе паслабленне аказваюць важны ўплыў на форму і становішча факальнай зоны гуку; чым большы каэфіцыент згасання ў асяроддзі, тым вышэй інтэнсіўнасць гуку (гэта значыць мацнейшая нелінейнасць), а фокус гуку Чым бліжэй поле да пераўтваральніка; стаўленне доўгай і кароткай восяў факальнага поля таксама становіцца меншым, гэта значыць яго форма паступова змяняецца ад доўгага эліпсоіда да кароткага эліпсоіда, а галоўка вобласці фокуса гуку становіцца 'тоўстай', чым хвост. Феномен, форма імкнецца да 'морквы'. Вышэйпрыведзеныя высновы ствараюць аснову для колькаснага аналізу закона змены вобласці гукавога фокусу П'езакерамічнае поле HIFU і далейшае вывучэнне ўзаемасувязі паміж зонай факусоўкі гуку і зонай пашкоджання.