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球形集声器在生物组织中形成的组织损伤

耿昊 范庭波 张喆 屠娟 郭霞生 李发琪 章东

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球形集声器在生物组织中形成的组织损伤

耿昊, 范庭波, 张喆, 屠娟, 郭霞生, 李发琪, 章东

Tissue lesion induced by a spherical cavity transducer

Geng Hao, Fan Ting-Bo, Zhang Zhe, Tu Juan, Guo Xia-Sheng, Li Fa-Qi, Zhang Dong
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  • 球形集声器可在亚波长焦域内形成高强度声压,在高强度聚焦超声治疗中具有潜在应用前景. 本文结合非线性声传播理论及生物传热学理论,研究球形集声器在生物组织中形成的组织损伤. 实验中采用430 kHz,内径为240 mm的球形集声器对肝组织作用,结果表明: 集声器表面声压为53 kPa时作用2 s,可以形成小于波长尺度的组织损伤. 理论计算结果与实验结果符合得较好,并且理论模型可优化球形集声器的开口孔径. 研究结果表明,球形集声器可应用于肿瘤的精细超声治疗.
    Spherical cavity transducer can generate high acoustic pressure in a narrow focal region at a sub-wavelength level, which suggests a great potential application in high intensity focused ultrasound (HIFU) treatment. In this paper, tissue lesion induced by a spherical cavity transducer is investigated based on the nonlinear acoustics theory and bio-heat transfer theory. A 430 kHz spherical cavity transducer with a diameter of 240 mm is used to generate tissue lesion for liver tissues. The result shows that the tissue lesion with a size less than a wavelength can be formed under the 2 s HIFU exposure at a acoustic pressure of 53 kPa. The numerical simulations coincide well with the experimental measurements, and the optimization of the design of the spherical cavity transducer is also discussed. This work demonstrates that the spherical cavity transducer can be used in the accurate HIFU tumor treatment.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2011CB707900)、国家自然科学基金(批准号:81127901, 81227004, 11374155, 11174141, 11104140, 11161120324)、江苏省自然科学基金(批准号:BK20131017, BE2011110)和教育部新世纪优秀人才支持计划(批准号:NCET-11-0236)资助的课题.
    • Funds: Projects supported by the National Basic Research Program of China (Grant No. 2011CB707900), the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 81127901, 81227004, 11374155, 11174141, 11104140, 11161120324), the Natural Science Foundation of Jiangsu Province, China (Grant Nos. BK20131017, BE2011110), and the Program for New Century Excellent Talents in University of Ministry of Education of China (Grant No. NCET-11-0236).
    [1]

    Sun J M, Yu J, Guo X S, Zhang D 2013 Acta Phys. Sin. 62 054301 (in Chinese) [孙健明, 于洁, 郭霞生, 章东 2013 物理学报 62 054301]

    [2]

    Xu F, Lu M Z, Wan M X, Fang F 2010 Acta Phys. Sin. 59 1349 (in Chinese) [徐丰, 陆明珠, 万明习, 方飞 2010 物理学报 59 1349]

    [3]

    Fan T B, Liu Z B, Chen T, Li F Q, Zhang D 2011 Med. Phys. 38 5033

    [4]

    Lu M Z, Wan M X, Shi Y, Song Y C 2001 Acta Phys. Sin. 51 928 (in Chinese) [陆明珠, 万明习, 施雨, 宋延淳 2001 物理学报 51 928]

    [5]

    Wu F, Wang Z B, Chen W Z, Zou J Z, Bai J, Zhu H, Li K Q, Jin C B, Xie F L, Su H B 2005 Radiology 235 659

    [6]

    Sukhovich A, Merheb B, Muralidharan K, Vasseur J O, Pennec Y, Deymier P A, Page J H 2009 Phys. Rev. Lett. 102 154301

    [7]

    Zhu J, Jung J, Martin-Moreno L, Yin X, Fok L, Zhang X, Garcia-Vidal F J 2011 Nat. Phys. 7 52

    [8]

    Wu F, Wan H, Yuan Y S, Wan W 2006 Chinese Patent 101140354 B [2006-09-04]

    [9]

    Westervelt P J 1963 J. Acoust. Soc. Am. 35 535

    [10]

    Pennes H H 1948 J. Appl. Phycol. 1 93

    [11]

    Sapareto S A, Dewwy W C 1984 Int. J. Radiat. Oncol. 10 787

    [12]

    McDannold N J, King R L, Jolesz F A, Hynynen K H 2000 Radiology 216 517

    [13]

    Hallaj I M, Cleveland R O 1999 J. Acoust. Soc. Am. 105 L7

    [14]

    Mur G 1981 IEEE Trans. Electr. Comp. EMC-23 377

    [15]

    Fan T B, Liu Z B, Zhang D 2013 IEEE Trans. Biomed. Eng. 60 763

    [16]

    Williams R, Cherin E, Lam T Y J, Tavakkoli J, Zemp R J, Foster F S 2006 Phys. Med. Biol. 51 5809

    [17]

    Li Y, Chen Q, Zagzebski J 2004 IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 51 146

    [18]

    Duck F A 1990 Physical Properties of Tissue (New York: Academic Press) p402

  • [1]

    Sun J M, Yu J, Guo X S, Zhang D 2013 Acta Phys. Sin. 62 054301 (in Chinese) [孙健明, 于洁, 郭霞生, 章东 2013 物理学报 62 054301]

    [2]

    Xu F, Lu M Z, Wan M X, Fang F 2010 Acta Phys. Sin. 59 1349 (in Chinese) [徐丰, 陆明珠, 万明习, 方飞 2010 物理学报 59 1349]

    [3]

    Fan T B, Liu Z B, Chen T, Li F Q, Zhang D 2011 Med. Phys. 38 5033

    [4]

    Lu M Z, Wan M X, Shi Y, Song Y C 2001 Acta Phys. Sin. 51 928 (in Chinese) [陆明珠, 万明习, 施雨, 宋延淳 2001 物理学报 51 928]

    [5]

    Wu F, Wang Z B, Chen W Z, Zou J Z, Bai J, Zhu H, Li K Q, Jin C B, Xie F L, Su H B 2005 Radiology 235 659

    [6]

    Sukhovich A, Merheb B, Muralidharan K, Vasseur J O, Pennec Y, Deymier P A, Page J H 2009 Phys. Rev. Lett. 102 154301

    [7]

    Zhu J, Jung J, Martin-Moreno L, Yin X, Fok L, Zhang X, Garcia-Vidal F J 2011 Nat. Phys. 7 52

    [8]

    Wu F, Wan H, Yuan Y S, Wan W 2006 Chinese Patent 101140354 B [2006-09-04]

    [9]

    Westervelt P J 1963 J. Acoust. Soc. Am. 35 535

    [10]

    Pennes H H 1948 J. Appl. Phycol. 1 93

    [11]

    Sapareto S A, Dewwy W C 1984 Int. J. Radiat. Oncol. 10 787

    [12]

    McDannold N J, King R L, Jolesz F A, Hynynen K H 2000 Radiology 216 517

    [13]

    Hallaj I M, Cleveland R O 1999 J. Acoust. Soc. Am. 105 L7

    [14]

    Mur G 1981 IEEE Trans. Electr. Comp. EMC-23 377

    [15]

    Fan T B, Liu Z B, Zhang D 2013 IEEE Trans. Biomed. Eng. 60 763

    [16]

    Williams R, Cherin E, Lam T Y J, Tavakkoli J, Zemp R J, Foster F S 2006 Phys. Med. Biol. 51 5809

    [17]

    Li Y, Chen Q, Zagzebski J 2004 IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 51 146

    [18]

    Duck F A 1990 Physical Properties of Tissue (New York: Academic Press) p402

  • [1] 张雅婧, 李凡, 雷照康, 王铭浩, 王成会, 莫润阳. 非球形气泡的超声定量检测. 物理学报, 2023, 72(3): 034301. doi: 10.7498/aps.72.20222074
    [2] 钱骏, 谢伟, 周小伟, 谭坚文, 王智彪, 杜永洪, 李雁浩. 基于换能器驱动信号特征的高强度聚焦超声焦域损伤实时监测. 物理学报, 2022, 71(3): 037201. doi: 10.7498/aps.71.20211443
    [3] 宋人杰, 袁紫燕, 张琪, 于洁, 薛洪惠, 屠娟, 章东. 基于超声RF信号熵分析的声空化时空监测方法. 物理学报, 2022, 71(17): 174301. doi: 10.7498/aps.71.20220558
    [4] 谢实梦, 黄林, 王雪, 迟子惠, 汤永辉, 郑铸, 蒋华北. 基于镂空阵列探头的反射式光声/热声双模态组织成像. 物理学报, 2021, 70(10): 100701. doi: 10.7498/aps.70.20202012
    [5] 刘备, 胡伟鹏, 邹孝, 丁亚军, 钱盛友. 基于变分模态分解与多尺度排列熵的生物组织变性识别. 物理学报, 2019, 68(2): 028702. doi: 10.7498/aps.68.20181772
    [6] 吴晓娲, 秦四清, 薛雷, 杨百存, 张珂. 孕震断层锁固段累积损伤导致失稳的自组织-临界行为特征. 物理学报, 2018, 67(20): 206401. doi: 10.7498/aps.67.20180614
    [7] 郭各朴, 宿慧丹, 丁鹤平, 马青玉. 基于电阻抗层析成像的高强度聚焦超声温度监测技术. 物理学报, 2017, 66(16): 164301. doi: 10.7498/aps.66.164301
    [8] 熊志成, 朱丽霖, 刘诚, 高淑梅, 朱健强. 基于纳米天线的多通道高强度定向表面等离子体波激发. 物理学报, 2015, 64(24): 247301. doi: 10.7498/aps.64.247301
    [9] 欧阳灵, 刘晓宙, 刘杰惠, 龚秀芬. 利用纳米力学方法对皮肤进行超声组织定征的研究. 物理学报, 2014, 63(10): 104304. doi: 10.7498/aps.63.104304
    [10] 刘慎业, 黄翼翔, 胡昕, 张继彦, 杨国洪, 李军, 易荣清, 杜华冰, 丁永坤. 高强度二倍频激光辐照银薄膜靶的烧蚀和X光辐射实验研究. 物理学报, 2013, 62(3): 035202. doi: 10.7498/aps.62.035202
    [11] 孙健明, 于洁, 郭霞生, 章东. 基于分数导数研究高强度聚焦超声的非线性声场. 物理学报, 2013, 62(5): 054301. doi: 10.7498/aps.62.054301
    [12] 曾志平, 谢文明, 张建英, 李莉, 陈树强, 李志芳, 李晖. 基于聚焦光声层析技术的甲状腺离体组织成像. 物理学报, 2012, 61(9): 097801. doi: 10.7498/aps.61.097801
    [13] 张海燕, 孙修立, 曹亚萍, 陈先华, 于建波. 基于时间反转理论的聚焦Lamb波结构损伤成像. 物理学报, 2010, 59(10): 7111-7119. doi: 10.7498/aps.59.7111
    [14] 徐丰, 陆明珠, 万明习, 方飞. 256阵元高强度聚焦超声相控阵系统误差与多焦点模式精确控制. 物理学报, 2010, 59(2): 1349-1356. doi: 10.7498/aps.59.1349
    [15] 李百文, 郑春阳, 宋 敏, 刘占军. 高强度激光与等离子体相互作用中的受激Raman级联散射、光子凝聚以及大振幅电磁孤立子的产生与加速. 物理学报, 2006, 55(10): 5325-5337. doi: 10.7498/aps.55.5325
    [16] 刘 军, 陈晓伟, 刘建胜, 冷雨欣, 朱 毅, 戴 君, 李儒新, 徐至展. 负啁啾高强度飞秒脉冲在正常色散材料中传输特性研究. 物理学报, 2006, 55(4): 1821-1826. doi: 10.7498/aps.55.1821
    [17] 陈晓伟, 刘 军, 朱 毅, 冷雨欣, 葛晓春, 李儒新, 徐至展. 高强度飞秒激光脉冲在空气中的自压缩. 物理学报, 2005, 54(8): 3665-3669. doi: 10.7498/aps.54.3665
    [18] 陆明珠, 万明习, 施雨, 宋延淳. 多阵元高强度聚焦超声多目标控制方法研究. 物理学报, 2002, 51(4): 928-934. doi: 10.7498/aps.51.928
    [19] 许政一, 张安东, 徐刚, 杨华光, 李荫远. α-LiIO3单晶中离子输运引起的高强度准弹性光散射. 物理学报, 1982, 31(5): 615-622. doi: 10.7498/aps.31.615
    [20] 钱祖文. 球形粒子之间的声相互作用. 物理学报, 1981, 30(4): 433-441. doi: 10.7498/aps.30.433
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-09-12
  • 修回日期:  2013-10-06
  • 刊出日期:  2014-02-05

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