一、HIFU治疗下生物体焦域温度分布的研究与应用（论文文献综述）
张浩[1]（2019）在《HIFU经颅脑肿瘤治疗相控换能器及其相控驱动系统的研究》文中进行了进一步梳理高强度聚焦超声（High-Intensity Focused Ultrasound,HIFU）凭借其非侵入性、无毒副作用和可重复治疗的优势日益受到研究者的关注,目前已经应用于乳腺癌、子宫肌瘤、前列腺癌和胰腺癌等实体软组织肿瘤的临床治疗。但在HIFU经颅治疗脑肿瘤时,由于颅骨的强声衰减性及非均质结构易引发焦点偏移、焦域变形、焦域温度过低和颅骨处烫伤等临床问题。这些问题的解决需要研发相控换能器及相控换能器阵元的驱动控制电路、相控换能器控制方法及其软件系统。利用Westervelt声波传播方程和Pennes生物热传导方程、时域有限差分法数值仿真HIFU脑肿瘤治疗形成的声压场和温度场,研究半球形相控换能器部分及全部阵元激励对形成焦域的影响及调控作用,并设计了与之相对应的相位、功率放大等硬件电路及用户界面软件。目的在HIFU相控换能器经颅治疗时,由于颅骨的强声衰减性和非均质结构可能导致各阵元发出的超声波经颅聚焦的衰减程度不一致、聚焦位置发生偏移、颅骨热损伤及焦域能量达不到治疗效果等问题的发生。近些年兴起的大开口半球形相控换能器凭借其最大化覆盖颅骨、超声能量最大化透过颅骨达到靶区,从而降低颅骨烫伤风险、可治疗深部脑肿瘤的优势日益受到研究者的关注,但半球形换能器存在调控范围小、浅表聚焦困难等问题;开口直径相对较小的球冠状换能器具有可治疗焦域可调控范围较大和可治疗较浅部脑肿瘤的特性,但存在易引发颅骨处热损伤的问题发生,是否能够利用这两种换能器的优势同时又可回避这两种换能器的不足进行HIFU治疗,是众多研究者的关注热点。本研究目的为在半球形相控换能器的基础上,研究部分阵元激励工作实现球冠状相控换能器聚焦的阵元选择及相控方法,在同一半球形换能器上实现球冠状换能器和半球形换能器的聚焦,扩大焦域的可调控范围;同时设计并制作驱动相控换能器阵元的相位控制、功率放大等硬件电路和用户界面软件,为HIFU经颅脑肿瘤治疗应用于临床提供技术方法和理论参考。方法本文以数值仿真量较小的开口直径125mm的176阵元小开口随机分布半球形相控换能器为例,与脑组织建立开颅HIFU治疗数值仿真模型,根据不同的肿瘤病变位置选取不同位置的部分阵元激励或全部阵元激励,在GPU并行运算平台上（容天SCS4450）利用CUDA C语言FDTD数值解析Westervelt声波非线性传播方程和Pennes生物热传导方程,基于时间反转的数值拟合法数值仿真各阵元激励信号的相位信息,利用该阵元激励信号数值仿真HIFU开颅聚焦形成声压场及温度场,研究部分阵元激励、全部阵元激励形成焦域,在同一个半球形换能器上实现球冠状换能器和半球形换能器的聚焦特性及阵元选取特性。在此数值仿真的基础上,将176阵元小开口换能器开颅数值仿真模型的变化特性应用于开口直径300mm的256阵元半球形换能器经颅治疗数值仿真模型中,研究该换能器形成焦域特性,进而设计并搭建高输出功率、高精度的阵元相位控制及驱动硬件电路和用户界面控制软件系统。结果1.小开口176阵元半球形相控换能器开颅数值仿真模型（1）当在换能器基底处选取激励面积比小于22%的阵元激励工作时形成最高声压的焦点向换能器一侧前移;当激励面积比大于等于23%时在设定位置聚焦。（2）在换能器中规则/随机选取激励面积比23%的不同阵元区域在几何焦点处聚焦均形成了集中的可治疗焦域。（3）仅在换能器基底处选取激励面积比23%的阵元区域在偏离几何焦点距离较大处聚焦,部分激励出现散焦,且不能形成集中的可治疗焦域。（4）根据肿瘤的位置采用截面法和距离法选取激励阵元构成球冠状换能器,比全激励焦点处声压更高。2.大开口256阵元半球形相控换能器经颅数值仿真模型（1）当在256阵元换能器中选取激励面积小于22%的阵元聚焦时,同样存在焦点向换能器一侧前移情况;当激励面积比大于等于23%时在设定位置聚焦。（2）在相控换能器中随机选取激励面积比23%的不同阵元区域在几何焦点处聚焦,均在颅骨未出现明显温升的情况下形成了集中的可治疗焦域。（3）在相同辐照条件下,通过截面选取法、距离选取法选取换能器阵元进行激励面积比23%的部分激励在偏离几何焦点处聚焦,构成新的球冠状换能器,相对于全激励可实现颅骨处温度变化不大的情况下焦域温度更高的聚焦效果。通过讨论三维偏离几何焦点3mm-15mm（间隔3mm）及对以几何焦点为中心的正方体8个顶点方向三维偏离几何焦点9mm、6mm的进一步研究,确定部分激励可根据不同患者的肿瘤位置实现三维偏离几何焦点6mm的调控,可增大治疗焦域调控体积。3.256阵元相控换能器相位控制和驱动系统的设计与实现（1）基于FPGA主控芯片设计的10路相位控制模块可实现不同频率、不同占空比下5ns的粗相控延时和1ns的细相控延时。（2）基于E类功率放大电路的功率放大模块可稳定输出两通道电压峰峰值20.9V的正弦波信号。（3）基于Visual Studio设计的HIFU用户控制界面,可实现各阵元延时、幅值信息的实时导入/导出,并可实现两激励信号叠加的激励模式。（4）基于PZT-8压电陶瓷设计制作的256阵元随机分布相控换能器阵元阻抗在150Ω-500Ω之间波动,阵元谐振频率稳定在设定频率700kHz±1%。结论1.在半球形相控换能器选取大于等于23%激励面积进行相控聚焦时,可在设定焦点处聚焦。2.采用截面选取或距离选取阵元法可在半球形相控换能器上构成新的球冠状换能器,使肿瘤位于新声轴方向,实现球冠状换能器聚焦,开颅模型可增大3774 mm3的可治疗焦域体积,经颅模型可增大4701mm3的可治疗焦域体积。3.搭建的256阵元相控换能器相位控制和驱动系统,延时精度、输出功率和激励模式可满足HIFU经颅脑肿瘤临床治疗的需要。
张艳秋[2]（2019）在《HIFU经颅聚焦剪切波及驻波对焦域影响的数值仿真研究》文中认为脑肿瘤为严重危害人类健康的前十位恶性肿瘤,目前其主要疗法为外科手术切除、放疗和化疗,这些疗法均存在对正常组织损伤的问题。近年兴起的高强度聚焦超声（High Intensity Focused Ultrasound,HIFU）是一种将超声波聚焦在病变组织上,利用超声波的热效应、空化效应和机械效应等致死病变组织的治疗方法,该疗法具有非侵入性、无电离伤害、可重复施治等特点,现已成为研究热点之一,目前已经应用于子宫肌瘤、前列腺癌、乳腺癌、胰腺癌等临床治疗,在神经刺激、运动障碍和胶质瘤等脑部神经系统疾病方面的治疗也开始临床试验。但由于颅骨的非均质结构及组织特性,在HIFU经颅治疗时,颅骨内超声波的传播既有纵波又有剪切波,同时由于颅骨与周围软组织的声学特性差异较大,在HIFU经颅传播时,超声波在颅骨处会产生反射和折射,导致相位偏移和幅值衰减,从而引发散焦、移位和驻波等物理现象,进而出现焦点能量不足、焦域偏移、头皮烫伤、正常脑组织伤害等临床治疗问题,急需深入研究解决。本文基于志愿者人体头颅CT数据和256阵元相控换能器结构参数,建立数值仿真模型,采用选择基底部分阵元激励的方法改变聚焦角度,研究换能器以不同聚焦角度经颅聚焦时,剪切波对聚焦声压场产生的影响;利用82阵元相控换能器与志愿者头颅CT数据建立数值仿真模型,基于打破驻波形成条件的构思,数值仿真研究颅内外驻波的消减方法,为HIFU早日安全而有效地应用于临床经颅脑肿瘤治疗提供技术方法和理论数据。目的HIFU经颅脑肿瘤治疗相对于软组织肿瘤治疗最大的区别与挑战在于超声波穿过颅骨,其原因在于颅骨非均质结构及骨组织特性,在其内既有纵波又有剪切波,同时颅骨与周围软组织的声学特性差异较大产生反射,并与治疗波叠加形成驻波导致颅外超声波能量无法传进颅内、颅内焦点能量不足、正常脑组织损害等问题。本文的研究目的为数值仿真研究剪切波对HIFU经颅脑肿瘤治疗焦域的影响和防止驻波形成的方法。为下一步经颅HIFU动物实验和临床试验打下基础,为实现HIFU脑肿瘤治疗的有效性和安全性提供技术保障。方法基于本实验室设计的随机分布256阵元相控换能器结构参数,结合志愿者头颅CT扫描数据,建立相控换能器三维HIFU经颅传播的数值仿真模型,利用选择相控换能器阵元部分激励的方法改变聚焦角度;在该数值仿真模型下,基于时间反转的数值拟合相位调控方法（Phase Modulation by Fitting,PFM）获取换能器阵元的激励信号;基于自相关互相关的数值拟合幅值调控方法对换能器阵元激励信号进行调制;在GPU并行运算平台上(容天SCS4450（双核CPU/2.6GHz/内存128GB/显存96GB）应用CUDA C语言FDTD（Finite Difference Time Domain）数值解析Westervelt声波非线性传播方程、动量方程、质量守恒方程和Pennes生物热传导方程,研究在未考虑剪切波与考虑剪切波的条件下形成的温度场,研究不同聚焦角度条件下剪切波对形成焦域的影响;基于本实验室设计的82阵元半随机分布相控换能器结构参数,利用志愿者头颅CT图像数据建立球冠状相控换能器三维HIFU经颅传播的数值仿真模型,研究驻波消减的方法。结果剪切波的影响（1）当设定总功率为15W、辐照时间为5s时,未考虑剪切波数值仿真形成的焦域最高温度低于54℃治疗温度,考虑剪切波数值仿真形成焦域最高温度高于54℃治疗温度,但出现散焦;结合幅值调控后,考虑剪切波与未考虑剪切波数值仿真形成的聚焦温度场焦域温度均有所提升,且未出现散焦。（2）当设定总功率为150W、设定数值仿真形成的经颅聚焦温度场焦点温度达到65℃停止辐照时,随聚焦角度的增大,辐照时间逐渐减少,颅骨处的最大温度逐渐降低,形成最高温度位置逐渐向颅骨侧移动;聚焦角度相同时,考虑剪切波数值仿真形成温度场在颅骨处温度高于未考虑剪切波,焦点位置偏移基本相同。（3）当聚焦角度大于30°时,考虑剪切波数值仿真形成的治疗焦域面积大于未考虑剪切波;当聚焦角度为30°150°时,考虑剪切波数值仿真形成的54℃65℃治疗焦域面积小于未考虑剪切波;随聚焦角度的增大,54℃65℃的治疗焦域面积逐渐减小,考虑剪切波数值仿真形成焦域温度场旁瓣较少。（4）与最小二乘法及反比例函数相比,利用幂指数函数拟合治疗焦域面积随聚焦角度变化的曲线,治疗焦域面积拟合值与仿真值之间的和方差、均方根均较小,可决系数较大,拟合优度较好。2.驻波的影响（1）当采用驻波消减时,数值仿真形成的声压场的焦点处声压相对于未消减时升高,颅骨处温升均有小幅度升高,骨焦比呈震荡减小;经枕骨声窗入射数值仿真形成声压场的不同转换周期骨焦比均大于经颞骨声窗入射。（2）当转换周期Tr的取值范围在020μs时,采用驻波消减所得到的全区域、颅外、颅内的驻波比Ra与未消减时相比均有降低;转换周期Tr相同时,颅内Ra比颅外Ra大;随Tr增大全区域Ra、颅外Ra、颅内Ra均逐渐增大。（3）当转换周期Tr的取值范围在020μs时,经三位志愿者颞骨及枕骨声窗形成的焦域焦点处温升大幅度提升,颅骨处温度略有提升,声压曲线更加平稳,震荡波动减少;焦点在z轴上的偏移比在y轴上的偏移大,焦域面积、长轴长、短轴长均有一定程度增大;对于同一位志愿者,经颞骨声窗入射形成焦点的偏移范围大于经枕骨声窗产生的焦点偏移范围,经颞骨声窗入射形成焦点的偏移范围大于经枕骨声窗产生的焦点偏移范围。（4）未进行驻波消减时,驻波比随厚度呈先减小后增大的周期性变化;颅外驻波比随Rc与换能器曲率半径差值增大而增大,颅内驻波比随Rc增大而减小,全区域驻波比随Rc与换能器曲率半径差值的绝对值增大而增大。结论1.考虑剪切波数值仿真形成焦域存在散焦,幅值调控后散焦情况改善。2.考虑剪切波数值仿真形成焦域温度场5465℃治疗焦域更集中、旁瓣更少、温升更快,但在颅骨处的热沉积相对较多,幂指数函数形式更适合拟合治疗焦域面积随聚焦角度变化曲线。3.驻波消减后,驻波强度明显降低,但随添加随机相位的转换周期Tr增大,驻波强度逐渐增大,驻波消减效果逐渐降低。4.随颅骨厚度增大,驻波比Ra以超声波波长为周期,呈规律性变化;随颅骨与换能器曲率半径差值增大,驻波比Ra逐渐增加。
岳帅[3]（2018）在《双极型超声聚焦方法研究与评价》文中指出随着环境污染日趋严重,人们的工作压力逐渐增大,人们患癌症、肿瘤等疾病的几率呈上升趋势,传统的癌症治疗主要采用手术切除、化疗等方式,但是化疗对人体的辐射太大;而体内超声治疗时间较长,对人体带来巨大的痛苦,因此寻找一种体外的,高效的,微创的治疗方式是非常必要。本文研究的鼓形、环形、球环形、双极型四种超声换能器,通过超声声学特性的对比分析,验证了双极型超声换能器的高效性,并对超声仿真数据和实验数据进行分析对比,不断优化模型参数,修改模型结构,本文主要工作如下:1.分析当前换能器的研究现状,提出鼓形,环形、球环形,双极型四种不同形态的超声换能器,建立二维和三维多物理场有限元仿真模型,采用合适的超声仿真参数,分析超声焦域的声学特性。2.对不同形态结构的换能器进行声场计算,分析不同形态结构换能器的聚焦效果,另外还要考虑到超声换能器的机械振动对超声聚焦产生的误差,并建立换能器的误差分析模型,进一步优化模型参数。3.研究超声聚焦过程中的驻波与行波,分析不同的超声频率,聚焦时间,换能器夹角,聚焦半径,遮挡状况等对超声聚焦的影响,并对超声振动进行误差分析,优化超声仿真模型;在此基础上对超声热量积累问题进行进一步研究。4.通过对超声仿真数据的分析验证,不断优化换能器模型,同时与实验仿真数据对比,分析双极型超声换能器的准确性,对于双极型换能器的超声治疗提供合理化建议。本课题实现了对双极型超声换能器的设计,模型建立,参数的优化,聚焦效应的分析验证,结果表明双极型超声换能器能够降低超声路径上的平均功率,减小治疗风险,缩小中心焦域尺寸,提高了聚焦精度,改善聚焦效率,为双极型超声换能器的临床治疗提供理论基础。
钱宇晗[4]（2018）在《HIFU经颅脑肿瘤治疗参数筛选的数值仿真研究》文中进行了进一步梳理脑肿瘤现已居严重危害人类健康的恶性肿瘤前十位,其主要的治疗手段是外科手术切除以及术后的放疗和化疗。高强度聚焦超声（High-intensity focused ultrasound,HIFU）治疗肿瘤是将对组织无损的低能量超声波精准聚焦于体内待治疗区域,使靶区温度短时间内升至55℃以上致死靶区肿瘤组织的无创或微创治疗新技术,目前已经应用于子宫肌瘤、前列腺癌、乳腺癌等的临床治疗中。对于由颅骨包裹的脑部疾病的HIFU治疗而言,由于颅骨的声学特性及其结构的影响出现散焦、焦域能量不足使得形成的HIFU治疗焦域较小且形状不规则等聚焦问题;同时又由于脑组织的关键功能区多,HIFU治疗时必须严格准确控制HIFU治疗的热损伤区域,且对于毛细血管丰富的脑组织而言,HIFU治疗时空化损伤也不可忽视。为了解决这些问题,在HIFU经颅脑肿瘤治疗的过程中有必要研究换能器的输入总功率、照射频率,双焦点融合时两个设定聚焦目标点间距离、两信号源触发延时与设置聚焦目标点位置等因素对经颅HIFU形成声压场和温度场的影响,使得HIFU可以早日安全而有效地应用于临床经颅治疗脑肿瘤。目的HIFU因其具有的非侵入性、可重复治疗等优点而被引入脑肿瘤治疗,但HIFU经颅脑肿瘤治疗中如何控制其热损伤区域、空化作用引起的损伤及治疗焦域的调控仍是限制HIFU经颅脑肿瘤治疗应用于临床的难题。本文利用志愿者头颅的CT图像数据建立HIFU经颅脑肿瘤治疗的数值仿真模型,研究调控HIFU相控换能器输入总功率、工作频率,双焦点融合时两个设定聚焦目标点间距离、两信号源触发延时与设置聚焦目标点位置等因素对HIFU形成焦域的影响;筛选回避正常组织热损伤和空化损伤危险的HIFU治疗参数;为临床HIFU安全治疗计划的制定与治疗参数的选择提供理论依据和数据参考。方法以志愿者头颅的CT图像数据、82阵元凹球面随机分布相控换能器、水体建立HIFU经颅脑肿瘤治疗的数值仿真模型,利用时间反转方法获取相控换能器阵元激励信号,基于时域有限差分方法对Westervelt非线性传播方程和Pennes生物热传导方程进行中心差分,数值仿真并分析HIFU经颅聚焦形成的声压场和温度场。基于等效热剂量评估热损伤、机械指数评估空化损伤分析讨论热损伤和空化损伤的区域,研究相控换能器输入总功率与工作频率等参数的对HIFU形成焦域的影响;研究两个设定聚焦目标点间距离、两信号源触发延时和设置聚焦目标点位置对HIFU形成焦域大小、形状以及焦域内热损伤和空化损伤的影响。结果1.当HIFU辐照的输入总功率较低时,HIFU经颅形成焦域达到治疗温度所需时间较长,且随着频率的升高在设定目标焦点与换能器之间的组织受到热损伤的可能性增大。2.当HIFU辐照的输入总功率过高时,HIFU经颅形成焦域达到治疗温度所需时间缩短,且随着频率的升高在焦域与换能器之间的焦域区域外的组织处可能出现空化损伤。3.HIFU形成焦域最大声压随输入总功率的增大而增大,而焦域的声压随频率的升高呈先减小后增大然后再减小最后再增大的趋势;在焦域处最高温度一定的条件下,颅骨处温度随输入总功率的增大而减小,而颅骨处温度随频率的升高呈先增大后减小再增大最后再减小的趋势。4.不同工作频率下避免正常组织伤害的输入总功率的范围如下:① 0.5 MHz时输入总功率为20.6-61.8 W;②0.6 MHz输入总功率为41.2-82.4 W;③0.7 MHz时输入总功率为41.2-61.8 W;④0.8 MHz时输入总功率为41.2-61.8 W;⑤0.9 MHz时无可治疗的输入总功率;⑥1.0 MHz时输入总功率为61.8 W。5.声轴方向上的双焦点融合时,设置两个设定聚焦目标点间距离为12 mm的条件下,可有效扩大等效热剂量热损伤区域与MI>1.9阈值区域的重叠区域;当两个设定聚焦目标点间距离为14 mm时设置两信号源触发时间差为600 ns及800 ns也可有效扩大等效热剂量热损伤区域与MI>1.9阈值区域的重叠区域。6.双焦域融合聚焦时不同工作频率下避免正常组织伤害的输入总功率的范围如下:①0.5 MHz时的输入总功率为41.2-123.7 W;②0.6 MHz的输入总功率为41.2-103.1 W;③0.7 MHz时的输入总功率为61.8-144.3 W;④0.8 MHz时的输入总功率为41.2-103.1 W;⑤0.9 MHz时的输入总功率为61.8-144.3 W;⑥1.0 MHz时无可治疗的输入总功率。7.垂直于声轴方向上的双焦点融合时,两个设定聚焦目标点对称设置条件下形成焦域的体积小于非对称设置时HIFU形成焦域体积。8.垂直于声轴方向上的双焦点融合时,当两个设定聚焦目标点间距离大于3 mm的条件下,HIFU经颅形成焦域开始分离为两个焦域;通过调节两信号源触发时间差,可使HIFU经颅形成焦域会发生融合或分离。9.垂直于声轴方向上的双焦点融合时,当两个设定聚焦目标点间距离为2mm和调控两信号源触发时间差为200 ns的条件下,可以控制焦域的形状为类似于平行四边形。10.垂直于声轴方向上的双焦点融合时,设置两个设定聚焦目标点间距离为3 mm的条件下,可有效扩大等效热剂量热损伤区域与MI>1.9阈值区域的重叠区域;当两个设定聚焦目标点间距离为3.5 mm时,设置两信号源触发延时为100ns、1300 ns及1500 ns的条件下,也可有效扩大等效热剂量热损伤区域与MI>1.9阈值区域的重叠区域。结论1.为避免颅骨和正常脑组织的热损伤和空化损伤,HIFU经颅治疗脑部疾病时,需要筛选相控换能器工作频率下换能器的输入总功率范围。2.通过控制换能器输入总功率、工作频率,调控双焦点融合时的两个设定聚焦目标点间距离、两信号源触发延时与设置聚焦目标点位置可以控制HIFU形成焦域的等效热剂量热损伤区域与MI大于1.9的区域的相对大小。3.双焦点融合聚焦较单焦域聚焦可有效扩大可安全用于治疗的输入总功率范围。
赵梦娟[5]（2018）在《多频HIFU经颅聚焦相控换能器及驱动电路的研究》文中指出高强度聚焦超声（High-Intensity Focused Ultrasound,HIFU）凭借其无创/微创、可重复施治等优势而被应用于乳腺癌、前列腺癌、子宫肌瘤等实体软组织肿瘤的临床治疗。而在经颅治疗过程中,由于颅骨的结构复杂且声速、声阻抗与周边软组织差异较大,导致经颅聚焦后的声场产生严重畸变,这些畸变可能导致焦点位置偏移、焦域能量不足、颅骨处热量沉积等临床问题的发生。近些年在HIFU治疗设备输出功率有限的条件下提高超声相控阵换能器的聚焦性能,以及通过提高系统集成度缩小系统体积并降低延时误差的方法的研究成为众多研究者关注的热点之一。目的HIFU经颅治疗过程中,由于颅骨对超声波的强衰减性和颅骨结构、密度的高度非均一性导致不同方位上换能器阵元发出的超声束经颅骨传播后其衰减程度不同,各方位的超声束到达焦域的能量差异较大,最终导致HIFU经颅聚焦所形成焦域处的温度较低而达不到治疗目的。近些年提出的多频超声激励可在输入功率及辐照时间一定的条件下提高焦域温度。本文以82阵元随机分布相控换能器为例研究多频分区激励中频率分区数目及不同分区之间的频率差对HIFU焦域的影响,筛选可提高聚焦效率的阵元分区方法和对应的最佳工作频率组合,实现不同区域阵元采用不同工作频率的相控换能器的设计。在数值仿真的基础上,设计并制作多阵元相控换能器相位控制和驱动电路,通过提高系统集成度缩小系统体积并降低延时误差,为实现相位控制和驱动系统的小型化提供技术方法和理论参考。方法利用志愿者头颅CT扫描数据建立HIFU开颅/经颅数值仿真模型;基于时间反转的数值拟合或自相关互相关法获取换能器阵元的激励信号;在GPU并行运算平台上（容天SCS4450）利用CUDA C语言FDTD数值解析Westervelt声波非线性传播方程和Pennes生物热传导方程数值仿真HIFU开颅/经颅聚焦的温度场,研究82阵元随机分布相控换能器多频分区激励中频率分区数目及不同分区之间的频率差对HIFU焦域的影响,筛选可提高聚焦效率的阵元分区方法和对应的最佳工作频率组合,实现不同区域阵元采用不同工作频率的相控换能器的设计。在数值仿真的基础上,基于FPGA主控芯片、高速DA、集成驱动放大器,结合Labview图形化编程软件、quartus II可编程逻辑器件设计软件、ModelSim仿真软件、Altium Designer PCB设计软件对相控阵换能器相位控制和驱动系统中的Labview用户界面、相位控制电路和阵元驱动电路进行设计与印制电路板实现;完成相位控制和驱动系统搭建并通过实验对所设计系统的相位分辨率、延时误差和谐波特性进行评估。结果1.开颅状态下多频HIFU相控换能器温度场的数值仿真（1）当相邻区间的频率差大于等于0.025MHz时,双频、三频和四频激励均满足多频激励的焦域温度高于单频,且焦域最高温度随着相邻区间频率差的增大先降低后升高;五频激励时不满足多频激励的焦域温度高于单频。（2）当分区数目大于2时,随着分区数目的增加,HIFU聚焦性能（焦域温度、可治疗焦域体积等）并未得到提高,0.7MHz+0.725MHz双频激励的聚焦效果最佳。2.多频HIFU经颅聚焦相控换能器温度场的数值仿真（1）随着双频之间频率差的增大,焦域最高温度先升高后降低,颅骨处最高温度缓慢升高,综合考虑焦域及颅骨处温度,选取激励频率为0.7MHz和0.75MHz的双频组合时聚焦效果最好。（2）0.7MHz+0.75MHz双频激励时,在焦域最高温度和治疗时间一定的条件下,双频激励所需输入功率低于单频激励,而可治疗焦域体积大于单频激励;在焦域最高温度和输入功率一定的条件下,双频激励所需治疗时间短于单频激励,而可治疗焦域体积比单频激励时增大。3.相控换能器相位控制和驱动电路的设计与实现（1）基于FPGA主控芯片EP4CE30F23C8N、高速数模转换器AD9744和差分放大器AD8047设计的相位控制电路可稳定输出多路频率为1MHz、相位分辨率为2ns的正弦波。（2）基于ADA4870集成驱动放大器设计的阵元驱动电路可输出峰峰值为36.2V且无高次谐波的正弦信号,电路延时误差小于1ns;此外为了防止功率过高损坏换能器阵元,驱动电路中设计了使能开关以及过热自动断电并报警的功能。（3）基于Labview图形化编程软件设计的HIFU相位控制和驱动系统用户程序可实现各阵元延时数据文本文档导入,同时可根据实验的需求在PC端用户界面上直接对延时数据进行调整。结论1.多频激励的聚焦性能优于单频激励,且双频激励的聚焦效果最好。2.双频激励时,开颅与经颅模型对应的最佳频率组合是不同的。在该频率组合下,聚焦形成的焦域温度最高（输入声功率与辐照时间一定）、组织消融所需输入功率最小且可治疗焦域体积最大（焦域最高温度与辐照时间一定）、所需治疗时间最短且可治疗焦域体积最大（焦域最高温度与输入功率一定）。3.采用集成驱动放大器实现功率放大可缩小系统体积并降低延时误差,且输出正弦波中无高次谐波分量。
吴世敬[6]（2017）在《半球形高强度聚焦超声相控换能器的数值仿真研究》文中进行了进一步梳理高强度聚焦超声（High Intensity Focused Ultrasound,HIFU）肿瘤治疗技术以其非侵入性、无毒副作用和可重复施治等特性已成功应用于子宫肌瘤、乳腺癌、前列腺癌和肝癌等实体软组织肿瘤的临床治疗,但对于有颅骨包裹的脑肿瘤治疗而言,由于颅骨的非均质性结构及其与周围脑组织声学特性差异较大,声波在经颅传播时发生相位畸变和幅值衰减,导致颅骨处能量沉积而损伤颅骨及周边组织、焦域处能量不足而无法致死病变组织等临床问题的发生。近些年研发的大开口半球形相控换能器可使超声辐照颅骨表面面积最大化,可降低颅骨中的热沉积,并成为众多研究者关注的热点之一。研究目的HIFU经颅脑肿瘤治疗中,相控换能器是核心部件,换能器结构和工作参数直接影响形成焦域的声压场和温度场分布,研究其结构设计和调控方法有利于实现无创、精准、有效的HIFU经颅脑肿瘤治疗。本文通过对小开口换能器的结构和工作参数的设计,数值仿真研究其形成温度场的变化规律来设计HIFU经颅治疗用大开口半球形相控换能器,并对其形成声压场和温度场特性进行数值仿真研究;通过选择大开口换能器的全部或部分阵元激励的方法,研究具有小开口和大开口半球形相控换能器特性的HIFU经颅治疗相控换能器,增强换能器形成焦域的可调性,为HIFU脑肿瘤临床治疗提供技术方法和理论依据。研究方法基于本实验室设计随机分布82阵元相控换能器的设计方法,在Matlab计算平台上分别设计开口直径100mm的小开口半球形相控换能器和开口直径300mm的大开口半球形相控换能器,并结合人体头颅CT扫描数据,分别建立小开口换能器的三维HIFU经脑组织传播的数值仿真模型和大开口换能器的三维HIFU经颅数值仿真模型;基于时间反转的数值拟合相位调控方法（Phase Modulation by Fitting,PFM）获取换能器阵元的激励信号;在GPU并行运算平台上（容天SCS4450（双核CPU/2.6GHz/内存128GB/显存96GB））应用CUDA C语言FDTD（Finite Difference Time Domain）数值解析Westervelt声波非线性传播方程和Pennes生物热传导方程,研究其形成声压场和温度场,并以声压场旁瓣与主瓣最大声强比值0.25作为安全阈值判断其声场特性,以54℃以上区域为可治疗焦域研究其形成焦域温度场特性。研究结果1.小开口换能器（1）换能器激励频率为0.5MHz0.8MHz时,焦域中心温度随激励频率的增加逐渐升高,54℃以上治疗焦域短轴几乎不变,长轴逐渐减小;当频率为0.8MHz1.0MHz时,温度场内旁瓣逐渐增多,焦域中心温度随激励频率的增加逐渐降低,54℃以上治疗焦域长轴和短轴均逐渐减小。（2）当换能器激励面积比为32%和35%时,焦域中心温度均随阵元半径的增大和阵元数的减少先升高后逐渐降低,54℃以上治疗焦域长轴、短轴变化与温度变化相一致,均先增大后减小;当换能器激励面积比为41%时,焦域中心温度随阵元半径的增大和阵元数的减少逐渐升高,54℃以上治疗焦域长轴、短轴基本不变。2.大开口换能器（1）当大开口换能器激励面积比为32%时,焦域较小,旁瓣温度较高,激励面积比为41%时,焦域中心温度较高,温度场内几乎没有旁瓣。（2）大开口换能器沿声轴（x轴）上设定不同的焦点聚焦时,随着设定焦距值的增大,焦点处声压幅值先增大后减小、旁瓣与主瓣的最大声强比值先减小后增大;焦域中心温度先升高后降低,旁瓣温度先降低后升高,54℃以上治疗焦域长轴、短轴均先增大后减小。当设定焦距为144mm时,焦域中心声压最低,,旁瓣与主瓣最大声强比值远远超过了安全阈值0.25,且未形成54℃以上可治疗焦域;当设定焦距值为174mm时,焦域中心温度未达到54℃的温度阈值。（3）大开口换能器在过半球形相控换能器的球心点（150,150,150）（单位:mm）沿y轴调控聚焦时,随着偏离声轴x轴距离的增大,焦域中心声压逐渐减小,旁瓣逐渐增多且声压逐渐增大,旁瓣与主瓣的最大声强比值逐渐增大,焦域中心温度逐渐降低,旁瓣温度逐渐升高,54℃以上治疗焦域长轴、短轴均逐渐减小。在偏离声轴6mm聚焦时,焦平面内出现大量旁瓣,且旁瓣与主瓣的最大声强比值超过安全阈值0.25,焦域中心温度未达到54℃的温度阈值。（4）大开口换能器在过球心点沿z轴聚焦时,随着偏离声轴x轴距离的增大,焦域中心声压逐渐减小,旁瓣逐渐增多且声压逐渐增大,旁瓣与主瓣的最大声强比值逐渐增大,但均小于安全阈值0.25;焦域中心温度逐渐降低,旁瓣温度逐渐升高,54℃以上治疗焦域长轴、短轴均逐渐减小。在偏离声轴6mm聚焦时,未形成54℃以上可治疗焦域。（5）激励全部阵元聚焦时,大开口半球形相控换能器声轴x轴方向上的调控范围为150168mm;y轴和z轴方向上的安全可调范围为离轴3mm。（6）通过激励换能器接近基底中心的45阵元,可在声轴x轴上设定焦距为138mm和144mm处形成可治疗焦域,y轴和z轴方向上均可在偏离声轴6mm处形成可治疗焦域,声轴方向的焦域调控范围扩至138168mm,y轴和z轴方向上的焦域调控范围扩至偏离声轴6mm。研究结论1.小开口换能器激励面积比参数可应用于大开口换能器的设计。2.大开口换能器适用于脑深部肿瘤治疗,但其可调控范围较小。3.通过选择部分阵元激励的方法,可在大开口换能器的基底上实现小开口换能器聚焦,扩大半球形相控换能器焦域的调控范围。本研究利用开口直径100mm小开口换能器的温度场变化规律设计了开口直径300mm的256阵元随机分布半球形相控换能器,通过选择大开口换能器部分阵元激励,在大开口换能器中实现了小开口换能器聚焦,扩大了焦域调控范围,将来研发具有大与小开口换能器优势互补的HIFU经颅脑肿瘤治疗相控换能器成为可能。
王佳伟[7]（2017）在《基于磁感应磁声检测的HIFU无损温度监测与疗效评估》文中研究说明高强度聚焦超声（HIFU）技术是一种具有广泛临床应用前景的体外无创肿瘤治疗新技术,其靶区温度的实时监控与疗效评估是关键。磁感应磁声成像（MAT-MI）是一种基于生物组织电阻抗成像的新方法,可检测出肝肿瘤组织与其周围健康组织之间的电导率差异。在实际HIFU治疗过程中,组织在发生热损伤凝固变性时会出现电阻抗的突变,组织变性前后巨大的电阻抗差异为磁感应磁声检测技术应用于HIFU治疗实现高精度的无损温度监测与疗效评估提供了良好的物理基础。由于聚焦声场以及组织的热传导效应,组织内HIFU焦域电导率因温升而在空间呈现缓变变化,此时HIFU焦域应视为电导率缓变模型,因此本研究创新性地将HIFU的电阻抗分布特性和MAT-MI相结合,提出了一种基于磁感应磁声检测的HIFU无损温度监测与疗效评估方法。本文首先基于电磁场、声学以及声偶极子辐射理论,通过理论推导和数值仿真,对电导率缓变模型的磁声声源、声压以及声波随电导率过渡区宽度（SCTZ）的变化关系进行了深入探讨,发现只有当SCTZ很小时,模型可以被视作电导率突变模型,内部声源对磁声信号的贡献可以忽略不计,否则需要同时考虑内部声源和边界声源的贡献,由模型电导率梯度变化产生的波簇也将发生相互混叠;然后基于齐次亥姆霍兹波动方程、生物热传导Pennes方程和组织的温度—电阻抗变化关系,得到了同一形状和尺寸的HIFU换能器在四种不同声功率作用下焦域处的声场、温度场和电阻抗分布,进而得到不同声功率在不同时刻HIFU焦域产生的MAT-MI声波信号,由于焦域电导率的空间缓变特性,其磁声声压以内部声压为主导,磁声接收换能器接收到的焦域中心对应距离处的声波波簇峰值随治疗时刻的导数均出现一个极值峰,相应极值点对应时刻的HIFU焦域都在径向约±0.46 mm,轴向约±2.2 mm的范围内温度达到了 69℃,发生了不可逆的凝固性坏死,且焦点最高温度为80.2℃,完全达到了 HIFU的治疗疗效。在此数值结果下,HIFU焦域组织电阻抗变化引起声波波簇峰值导数的变化可以作为基于磁感应磁声检测实现HIFU无损温度监测与疗效评估的实时检测参数,通过声波波簇峰值导数极值峰的判断实现精确的剂量控制,为HIFU治疗过程中的无损温度监测与疗效评估提供了一种新的思路和方法。
宿慧丹[8]（2017）在《基于电阻抗分布的高强度聚焦超声疗效监测和剂量控制研究》文中认为高强度聚焦超声（HIFU）是一种非侵入性、对正常组织无损伤且不易引起癌细胞转移的肿瘤治疗手段,对其治疗过程中的疗效以及肿瘤周围正常组织破坏情况的监测是实现HIFU治疗剂量精准控制的关键。本文首先从HIFU局部组织加热出发,分析了 HIFU治疗中组织模型处的声场以及温度场分布,并基于温度-电阻抗关系建立了 HIFU治疗和电阻抗测量模型,数值模拟了 HIFU焦域处的声场、温度场和电导率分布,并通过电势和电流密度分布的变化来计算模型的电阻抗变化特性。结果表明HIFU声功率一定时,组织电阻抗相对变化和治疗时间呈线性关系,其电阻抗相对变化率和HIFU声功率也呈线性关系;在达到HIFU治疗疗效时（焦域径向±0.4 mm和轴向±2 mm区域达到70 ℃）,模型电阻抗相对变化和HIFU声功率呈现反比关系,而所需的治疗时间和声功率的平方呈现反比关系。建立了和仿真条件相同的HIFU治疗和电阻抗实时测量的实验系统,实验结果和理论仿真结果高度一致。最后针对结论的普适性,分析了换能器结构参数对测量结果的影响,证明对于不同类型的换能器,除了相关系数的变化,所提出的电阻抗相对变化的规律仍然有效。针对提出的基于电阻抗相对变化的HIFU温度监测方法是测量治疗过程中的综合效应,存在定位不准的问题,结合EIT技术,提出了一种基于组织模型表面电势分布的HIFU焦域的电阻抗重建方法。搭建了 HIFU焦域二维径向焦平面处的电阻抗重建模型,对比了在同一治疗声功率下不同治疗时刻的电阻抗重建情况,分析了焦域偏心对电阻抗重建的影响。结果表明基于EIT的HIFU焦域电阻抗重建不仅可以精确定位焦点位置以及焦域范围和内部的电阻抗变化趋势,而且还能反映出随着治疗时间的焦域电阻抗变化,进而反映出焦域处的温度分布变化,完善了基于电阻抗变化的组织模型焦域温度无创测温理论。本研究将HIFU焦域处的电阻抗相对变化与电阻抗重建结合,提出了一种基于电阻抗分布的HIFU焦域无损测温方法,可以实现HIFU热疗中的快速、实时、定位精确的无创温度测量以及准确的疗效监测和剂量控制,对实现HIFU治疗的精确控制有着积极的意义,为后续的理论研究和临床应用提供了新的思路和研究方向。
苗枥文[9]（2016）在《用于高强度聚焦超声热疗过程监测的电阻抗成像技术研究》文中提出高强度聚焦超声（High Intensity Focused Ultrasound,HIFU）是将超声聚焦在病人的病灶处,利用汇聚后的高强度超声产生热效应、空化效应等杀死病灶处的肿瘤细胞、并由机体内巨噬细胞或临近细胞等将死亡细胞清除,从而能够在无流血的情况下实现肿瘤消融的技术。细胞坏死的实现与超声功率、治疗时间和组织情况等密切相关,为保障肿瘤治疗效果,需要一种可靠安全的无损检测技术实时监测和指导超声的治疗过程。在医学研究领域,电子计算机断层扫描（CT）,核磁共振（MRI）是最广泛应用的医学影像技术,但此类技术由于电离辐射危害或者设备体积庞大、价格昂贵等问题难以推广用于HIFU手术的实时监测。电阻抗层析成像（Electrical Impedance Tomography,EIT）技术,基于CT原理和电磁理论,通过测量被测对象边界上的转移阻抗数据和一定的图像重建过程,获取被测对象内部的电导率和介电常数分布信息,从而通过电参数与病理/生理状况的相关性进行医学检测。作为一种可视化的无损检测技术,EIT技术具有无辐射、非侵入、速度快、设备成本相对较低、设备尺寸相对较小等优点。由于热疗过程中温度变化造成组织特性变化,EIT技术对该变化引起的组织电导率的变化敏感,有希望成为一种辅助HIFU热疗过程的监测技术。相比较CT/MRI技术而言,EIT系统的独立测量次数较少、图像的空间分辨率较低;图像重建过程具有固有的病态性,测量噪声、电极位置误差等因素很容易造成重建过程发散。为解决以上问题,高性能宽频带的EIT数据采集系统和高性能的EIT图像重建算法,是EIT技术可用于临床应用的关键。因此,为了探索EIT技术在HIFU热疗过程监测中的应用,本论文首先综述了HIFU手术过程监测技术的研究现状和存在的问题;其次从EIT技术的原理出发,探讨了其用于HIFU热疗过程监测所亟待解决的图像空间分辨率问题,并提出了一种改进算法;然后研制了一套可以用于床边观测的高性能并行宽频带分布式EIT数据采集系统及样机;最后对离体生物组织的电阻/温度特性以及模拟实验装置中生物组织的升温过程进行了实验研究,验证了EIT技术用于HIFU治疗过程监测的可行性。本研究在国家自然科学基金（项目编号:61371017）的资助下完成了相关的研究,主要研究成果包含以下几个方面:首先,高空间分辨力EIT图像重建算法的研究。在研究既有EIT图像重建算法的基础上,针对热疗过程中只有局部电导率发生变化的特殊情况,提出一种改进图像分辨率的方法——基于感兴趣区域的图像重建算法。该方法通过限定感兴趣区域缩小图像重建过程中求解电导率变化的区域,从而能够在相同独立测量数目的条件下有效提高感兴趣区域内图像的空间分辨率和重建精度。另外,由于大量的电导率未发生变化的区域不参与图像重建过程,图像重建过程（逆问题）的维数得以有效降低,并减小了EIT图像重建过程中的病态性,有效缩短计算时间,提高图像重建效率。其次,高性能医用EIT数据采集系统的研制。针对医疗过程检测的应用目的,研制一套安全可靠的多通道并行宽频带分布式EIT数据采集系统。首先通过理论建模分析了电路的误差源和寄生电容对测量信号的影响,为电路设计提供了指导方向;其次详细研究了各个电路模块的工作原理并进行了优化设计;完成了模块化的多通道并行宽频带EIT数据采集系统样机开发。该系统的工作频率范围在1kHz-1MHz,能够通过上位机控制信号调理电路的放大倍数,对不同的被测个体具有很强的适应性。该系统的分布式结构设计,有效提高了高频频段的测量性能,并通过独立的片上控制器设计,使系统具有可扩展性以适应不同电极数目的敏感阵列。在电阻网络和模拟水槽上的实验研究验证了该系统的性能达到了设计要求;在人体上的测试实验验证了该系统能够安全稳定用于临床检测目的。最后,EIT技术在热疗过程监测中应用的实验研究。采用MATLAB设计实现了热疗实验的自动化综合控制平台,该平台能够对加热源,多通道温度测量数据采集仪,EIT数据采集系统进行联合控制,并实时显示测量结果,使实验灵活可控。利用所研发的EIT数据采集系统在实验水槽上进行了一系列的离体猪肉组织和新鲜的大鼠肝脏组织的加热实验,研究了生物组织电导率和温度之间的关系,并观测到生物组织致死温度附近其电阻/温度系数发生突变的情况,这一特性有希望成为判断HIFU热疗过程达到治疗效果的有效依据。由于EIT技术相比MRI和CT具有显着的经济、安全、便捷的优点,有希望为HIFU热疗过程的一种有效辅助监测手段。论文最后总结了研究内容和创新性成果,讨论了存在的问题,对今后研究提出建议。
张千[10]（2014）在《HIFU经颅聚焦脑肿瘤治疗温度场的数值仿真研究》文中认为高强度聚焦超声（High intensity focused ultrasound,HIFU）是一种无创、无毒、无副作用的肿瘤治疗手术,通过超声波的机械效应、热效应、空化效应等作用机制使靶区的温度在数秒内上升到60℃以上,导致肿瘤细胞发生凝固性坏死,目前该技术已应用于实体肿瘤的临床治疗。而对于有颅骨遮挡的脑肿瘤HIFU经颅治疗而言,由于超声经颅传播时产生相位偏移和幅值衰减,在颅骨内不能形成焦域或形成的焦域偏离靶区;同时又由于颅骨与周边软组织的声阻抗相差较大,在HIFU治疗颅内浅表组织肿瘤过程中可能在颅骨处产生热量沉积,引起颅骨以及周围软组织的损伤等问题,限制了 HIFU治疗脑肿瘤在临床中的应用。研究目的参照人体CT头颅结构,建立三维HIFU经颅骨治疗模型,采用声波传播方程式和生物热传导方程数值仿真HIFU经颅骨治疗的温度场分布,利用时间反转法对焦域位置进行调控和颅骨温度较高处的热点消除,进而分析讨论输入声强、辐照时间、换能器与颅骨相对距离对颅内形成焦域的影响。其研究结果可为临床HIFU脑肿瘤治疗剂量及其治疗计划的制定提供理论参考数据和理论依据。研究方法本课题主要对HIFU经颅治疗进行仿真建模并数值仿真其温度场分布。.在圆柱坐标系下,参照人体头颅CT图像建立均质化头颅参数的结构与八元环换能器构成该模型,利用高强度超声传播的非线性理论和时域有限差分（Finite Difference Time Domain,FDTD）的数值仿真法,数值仿真计算不同时间和空间超声波非线性传播的声压,并结合Pennes生物热传导方程,在不同治疗条件下数值仿真HIFU治疗脑肿瘤,并对焦域位置进行调控和降低颅骨处温升以优化HIFU经颅治疗,仿真研究辐照因素对颅内形成焦域及其温度场分布的影响。而对于基于CT图像建立的人体头颅模型,在直角坐标系下采用64阵元换能器,在不同治疗条件下数值仿真HIFU治疗脑肿瘤过程中形成的温度场分布,将均质化头颅模型中分析讨论的相控方法应用在该模型中,进而分析辐照因素对颅内形成焦域及其温度场分布的影响。研究结果一、均质化头颅参数模型的数值仿真:1、采用时间反转法后形成的焦点位置与设定80mm的焦距仅相差0.4mm;2、采用热点消除法后颅骨处最高温升仅为2.4℃,达到了降低颅骨温升的目的;3、在辐照时间相同的条件下,当形成一定焦域体积时进行热点消除后的经颅HIFU治疗所需要的输入能量要大于无颅骨治疗时的输入能量;4、经过热点消除后,不同输入声强开始形成焦域所需要的时间不同,输入声强越大所需时间越短,且焦域体积随辐照时间的延长而非线性增加;输入声强越大,焦域体积随时间的增长率越大;5、声强越大,达到相同大小的焦域体积所需要的辐照时间越短;声强越小,达到相同大小的焦域体积所需要的辐照时间越长;6、在治疗深度为20mm的条件下,当换能器与颅骨之间距离不同时,形成的焦域体积随辐照时间变化率不同。二、人体头颅模型的数值仿真:1、采用时间反转法后形成的焦点位置与设定80mm的焦距仅相差0.75mm;2、采用热点消除法后颅骨处最高温升仅为9.7℃,达到了降低颅骨温升的目的;3、当输入声强一定时,颅骨温升以及焦点温升均随辐照时间延长呈非线性增加,并且经过热点消除后的焦点温升略有升高,在进行热点消除时对实际焦点处的温升随时间变化趋势影响不大;4、随着治疗深度由深到浅,采用时间反转相控聚焦法形成的焦域逐渐减小,而当热点消除后形成的焦域也随治疗深度的变浅而体积逐渐减小,当治疗深度为20mm时未形成焦域,因此根据肿瘤靶区位置不同,需要消除热点的案例也不同,形成的焦域体积随治疗深度也不同;5、当设定治疗深度一定为25mm时,换能器与颅骨之间距离不同时,经过热点消除后,能够形成焦域体积最大时的颅骨位置发生了改变,因此在制定治疗临床计划时,需要进行数值仿真计算来预测能够形成最大的焦域体积以选择最佳的治疗位置。综合上述仿真结果,得到如下结论:1、时间反转法可以调控经颅HIFU的焦域位置,使其位置能够到达目标靶区;2、在治疗肿瘤位于浅表组织位置时,利用热点消除法可降低颅骨的温升,同时焦点处的温升略有降低,且对焦点影响不大;3、HIFU经颅治疗所需的能量大于HIFU不经颅骨的治疗;4、在相同焦域体积条件下,辐照时间与辐照声强呈负相关;5、HIFU经颅治疗形成的焦域体积随输入声强以及辐照时间的增加而非线性增加;6、换能器与颅骨间的距离对焦域的形状、大小均有影响。
二、HIFU治疗下生物体焦域温度分布的研究与应用（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、HIFU治疗下生物体焦域温度分布的研究与应用（论文提纲范文）
（1）HIFU经颅脑肿瘤治疗相控换能器及其相控驱动系统的研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 缩略语 |
| 一、前言 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 研究目的 |
| 1.3 研究内容 |
| 二、基本方程式 |
| 2.1 超声波非线性传播方程式 |
| 2.1.1 Westervelt声波方程式 |
| 2.1.2 FDTD中心差分方程式 |
| 2.1.3 声压场边界处理 |
| 2.2 Pennes生物热传导方程式 |
| 2.2.1 微分方程式 |
| 2.2.2 中心差分方程式 |
| 2.2.3 温度场边界处理 |
| 2.3 时域有限差分法 |
| 2.4 数值仿真参数 |
| 2.5 阵元激励信号的获取 |
| 三、小开口半球形相控换能器的数值仿真 |
| 3.1 数值仿真模型 |
| 3.2 数值仿真结果 |
| 3.2.1 部分阵元激励 |
| 3.2.2 112阵元的选取及几何焦点聚焦 |
| 3.2.3 部分阵元激励的焦域调控 |
| 3.2.4 截面与距离阵元选取法 |
| 3.3 本章小结 |
| 四、大开口半球形相控换能器的数值仿真 |
| 4.1 数值仿真模型 |
| 4.2 数值仿真结果 |
| 4.2.1 部分阵元激励 |
| 4.2.2 162阵元几何焦点聚焦 |
| 4.2.3 截面与距离阵元选取法 |
| 4.3 本章小结 |
| 五、相控驱动系统的设计与制作 |
| 5.1 上位机用户界面 |
| 5.2 相位控制模块 |
| 5.2.1 粗相控延时 |
| 5.2.2 细相控延时 |
| 5.3 功率放大模块 |
| 5.3.1 E类功率放大电路 |
| 5.3.2 PCB印制电路板 |
| 5.4 256阵元随机分布相控换能器的制作 |
| 5.5 测试结果 |
| 5.5.1 相位控制模块测试结果 |
| 5.5.2 功率放大模块测试结果 |
| 5.5.3 随机分布相控换能器测试结果 |
| 5.6 本章小结 |
| 六、结论与讨论 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 讨论 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 综述 HIFU治疗相控阵驱动系统的研究现状 |
| 综述参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（2）HIFU经颅聚焦剪切波及驻波对焦域影响的数值仿真研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 缩略语 |
| 一、前言 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 研究目的 |
| 1.3 研究内容 |
| 二、数值仿真方法及基本方程式 |
| 2.1 时域有限差分法 |
| 2.2 软组织和水中超声波传播基本方程式 |
| 2.2.1 Westervelt声波方程式 |
| 2.2.2 FDTD中心差分方程式 |
| 2.2.3 声压场边界处理 |
| 2.3 骨组织内超声波传播基本方程式 |
| 2.3.1 动量方程与质量守恒方程 |
| 2.3.2 FDTD中心差分方程式 |
| 2.4 Pennes生物热传导方程式 |
| 2.4.1 微分方程式 |
| 2.4.2 FDTD中心差分方程式 |
| 2.4.3 温度场边界处理 |
| 2.5 时域有限差分法的稳定条件 |
| 三、剪切波的影响 |
| 3.1 数值仿真模型与仿真参数 |
| 3.1.1 数值仿真模型 |
| 3.1.2 数值仿真参数 |
| 3.2 阵元激励信号 |
| 3.3 数值仿真结果 |
| 3.3.1 剪切波的影响 |
| 3.3.2 聚焦角度的影响 |
| 3.3.3 聚焦角度与焦域面积的相关性 |
| 3.4 小结 |
| 四、驻波的影响 |
| 4.1 数值仿真模型与仿真参数 |
| 4.1.1 数值仿真模型 |
| 4.1.2 志愿者及数值仿真参数 |
| 4.2 阵元激励信号 |
| 4.3 数值仿真结果 |
| 4.3.1 驻波的影响 |
| 4.3.2 驻波与颅骨结构参数的相关性 |
| 4.4 小结 |
| 五、结论 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 讨论 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 综述 HIFU相控超声换能器的现状及其研究进展 |
| 综述参考文献 |
| 附表 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（3）双极型超声聚焦方法研究与评价（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 注释表 |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究目的与意义 |
| 1.1.1 超声聚焦原理 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 超声聚焦的研究现状 |
| 1.2.2 超声换能器的研究现状 |
| 1.3 本文的研究内容与结构安排 |
| 1.3.1 论文主要内容 |
| 1.3.2 论文组织的结构 |
| 第2章 超声聚焦模型建立与分析 |
| 2.1 物理模型的建立 |
| 2.1.1 凹球面聚焦换能器声场计算 |
| 2.1.2 球面聚焦换能器声场计算 |
| 2.1.3 双极型超声换能器的声场计算 |
| 2.2 生物机械效应模型分析 |
| 2.3 超声仿真模型 |
| 2.3.1 二维超声仿真模型的建立 |
| 2.3.2 三维超声模型的建立 |
| 第3章 超声焦域声学特性分析验证 |
| 3.1 鼓形超声换能器的研究 |
| 3.2 环形超声换能器 |
| 3.3 球环形超声换能器的研究 |
| 3.4 双极型超声换能器的研究 |
| 3.4.1 单个换能器工作对温度场的影响 |
| 3.4.2 超声聚焦的最适聚焦频率 |
| 3.4.3 换能器夹角变化对聚焦温度场的影响 |
| 3.4.4 不同入射张角对聚焦温度场的影响 |
| 3.4.5 有无遮挡情况对聚焦温度场的研究 |
| 3.4.6 超声振动对超声焦域的影响 |
| 3.4.7 生物组织热通量问题的研究 |
| 第4章 超声聚焦声学效应的评估 |
| 4.1 双极型换能器分析验证 |
| 4.1.1 双极型超声聚焦声场分布实验分析 |
| 4.1.2 声压测量与仿真结合高声压估算 |
| 4.2 生物组织有无空气情况研究 |
| 4.3 Matlab超声仿真 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 课题展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果 |
（4）HIFU经颅脑肿瘤治疗参数筛选的数值仿真研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 缩略语/符号说明 |
| 前言 |
| 研究背景 |
| 研究目的 |
| 研究内容 |
| 一、基本方程 |
| 1.1 Westervelt声波非线性传播方程 |
| 1.1.1 Westervelt声波非线性传播方程式的中心差分 |
| 1.1.2 声场传播边界的处理 |
| 1.2 生物热传导方程 |
| 1.2.1 Pennes生物热传导方程式 |
| 1.2.2 中心差分Pennes生物热传导方程式 |
| 1.2.3 温度场边界的处理 |
| 1.3 等效热剂量方程 |
| 1.4 机械指数公式 |
| 二、数值仿真模型与方法 |
| 2.1 数值仿真模型 |
| 2.2 单焦域阵元激励信号 |
| 2.3 双焦域融合阵元激励信号 |
| 2.3.1 声轴方向上双焦域融合阵元激励信号 |
| 2.3.2 垂直于声轴上双焦域融合阵元激励信号 |
| 2.4 仿真参数 |
| 2.5 FDTD法稳定的条件及仿真精度 |
| 三、HIFU经颅单焦域聚焦治疗参数的优选 |
| 3.1 输入总功率的影响 |
| 3.2 频率的影响 |
| 四、HIFU经颅双焦域融合聚焦治疗参数的优选 |
| 4.1 声轴方向上的双焦域融合 |
| 4.1.1 两个设定聚焦目标点间距离的影响 |
| 4.1.2 两信号源触发时间差的影响 |
| 4.1.3 设置聚焦目标点位置的影响 |
| 4.1.4 输入总功率与工作频率的影响 |
| 4.2 垂直于声轴方向上的双焦域融合 |
| 4.2.1 两个设定聚焦目标点间距离的影响 |
| 4.2.2 两信号源触发延时的影响 |
| 4.2.3 设置聚焦目标点位置的影响 |
| 五、结论与讨论 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 讨论 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 综述 高强度聚焦超声治疗肿瘤的研究进展 |
| 综述参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（5）多频HIFU经颅聚焦相控换能器及驱动电路的研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 缩略语 |
| 前言 |
| 研究背景 |
| 研究目的 |
| 研究内容 |
| 一、数值仿真方法及基本方程式 |
| 1.1 时域有限差分法 |
| 1.2 超声波非线性传播方程式 |
| 1.2.1 Westervelt声波方程式 |
| 1.2.2 FDTD中心差分方程式 |
| 1.2.3 声压场边界处理 |
| 1.3 Pennes生物热传导方程式 |
| 1.3.1 微分方程式 |
| 1.3.2 中心差分方程式 |
| 1.3.3 温度场边界处理 |
| 1.4 FDTD法的稳定条件 |
| 二、开颅状态下多频HIFU相控换能器温度场的数值仿真 |
| 2.1 数值仿真模型 |
| 2.2 数值仿真参数 |
| 2.3 阵元激励信号的获取 |
| 2.4 数值仿真结果 |
| 2.4.1 阵元激励信号 |
| 2.4.2 阵元激励频率的筛选 |
| 2.4.3 两分区 |
| 2.4.4 三-五分区 |
| 2.5 本章小结 |
| 三、多频HIFU经颅聚焦相控换能器温度场的数值仿真 |
| 3.1 数值仿真模型 |
| 3.2 阵元激励信号的获取 |
| 3.3 数值仿真结果 |
| 3.3.1 阵元激励信号 |
| 3.3.2 阵元激励频率筛选 |
| 3.3.3 两分区 |
| 3.4 本章小结 |
| 四、相控换能器相位控制和驱动电路的设计与制作 |
| 4.1 系统软件设计 |
| 4.2 硬件电路设计 |
| 4.2.1 相位控制电路 |
| 4.2.2 阵元驱动电路 |
| 4.3 硬件电路制作 |
| 4.3.1 相位控制电路 |
| 4.3.2 阵元驱动电路 |
| 4.3.3 电源模块 |
| 4.4 结果 |
| 4.4.1 仿真结果 |
| 4.4.2 电路相位分辨率和延时误差测试 |
| 4.4.3 电路谐波特性测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 五、结论与讨论 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 讨论 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 综述 HIFU经颅脑肿瘤治疗的现状与展望 |
| 综述参考文献 |
| 附表 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（6）半球形高强度聚焦超声相控换能器的数值仿真研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 缩略语 |
| 前言 |
| 研究背景 |
| 研究目的 |
| 研究内容 |
| 一、数值仿真方法及基本方程式 |
| 1.1 时域有限差分法 |
| 1.2 超声波非线性传播方程式 |
| 1.2.1 Westervelt声波方程式 |
| 1.2.2 FDTD中心差分方程式 |
| 1.2.3 声压场边界处理 |
| 1.3 Pennes生物热传导方程式 |
| 1.3.1 微分方程式 |
| 1.3.2 中心差分方程式 |
| 1.3.3 温度场边界处理 |
| 1.4 时域有限差分法的稳定条件 |
| 二、小开口换能器的数值仿真 |
| 2.1 小开口换能器的设计 |
| 2.2 数值仿真模型与仿真参数 |
| 2.2.1 数值仿真模型 |
| 2.2.2 数值仿真参数 |
| 2.3 阵元激励信号的获取 |
| 2.4 数值仿真结果 |
| 2.4.1 阵元激励信号 |
| 2.4.2 频率的影响 |
| 2.4.3 换能器结构参数的影响 |
| 三、大开口换能器的数值仿真 |
| 3.1 大开口换能器的设计 |
| 3.2 大开口换能器数值仿真模型与仿真参数 |
| 3.2.1 大开口换能器数值仿真模型 |
| 3.2.2 经头颅数值仿真参数 |
| 3.3 大开口换能器数值仿真结果 |
| 3.3.1 大开口换能器阵元激励信号 |
| 3.3.2 大开口换能器聚焦温度场 |
| 3.3.3 x轴方向的调控 |
| 3.3.4 y轴方向的调控 |
| 3.3.5 z轴方向的调控 |
| 3.3.6 部分阵元聚焦 |
| 四、结论与讨论 |
| 4.1 结论 |
| 4.2 讨论 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 综述 HIFU经颅治疗脑肿瘤的研究进展 |
| 综述参考文献 |
| 附表 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（7）基于磁感应磁声检测的HIFU无损温度监测与疗效评估（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 前言 |
| 1.2 磁感应磁声成像技术 |
| 1.3 高强度聚焦超声治疗技术 |
| 1.4 研究目的 |
| 1.5 本文研究内容和章节安排 |
| 第2章 基本原理 |
| 2.1 磁感应磁声检测技术的基本原理 |
| 2.2 高强度聚焦超声治疗技术的基本原理 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 电导率缓变组织的磁感应磁声分析 |
| 3.1 原理与方法 |
| 3.2 数值仿真 |
| 3.2.1 电导率缓变组织的MAT-MI数值仿真模型示意图 |
| 3.2.2 模型空间内的电磁场分布 |
| 3.2.3 电导率缓变组织的磁声声源分析 |
| 3.2.4 电导率缓变组织的磁声声压和声波分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 HIFU治疗中的MAT-MI无损温度监测与疗效评估 |
| 4.1 原理与方法 |
| 4.2 数值仿真 |
| 4.2.1 有限元仿真模型 |
| 4.2.2 HIFU焦域的温度与电导率分布 |
| 4.2.3 HIFU焦域的磁声声源、声压和声波分布 |
| 4.2.4 HIFU焦域的MAT-MI无损温度监测与疗效评估 |
| 4.3 讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 本文工作总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的科研成果、学术活动和获奖情况 |
| 致谢 |
（8）基于电阻抗分布的高强度聚焦超声疗效监测和剂量控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 HIFU的优点和发展现状 |
| 1.2 HIFU存在的问题和应用中的困难 |
| 1.3 HIFU无创温度测量和疗效监测技术的优缺点 |
| 1.4 生物组织的电阻抗特性 |
| 1.5 生物组织的温度-电阻抗关系及其优点 |
| 1.6 电阻抗特性在HIFU焦域温度监测和定位中的应用可行性 |
| 1.7 本文的研究内容 |
| 1.8 本文的章节安排 |
| 第2章 HIFU的基本理论和建模 |
| 2.1 HIFU的声场理论和温度场理论 |
| 2.2 HIFU的声场和温度场计算常用方法 |
| 2.3 HIFU温度场计算的HELMHOLTZ模型 |
| 2.4 声场和温度场建模 |
| 2.5 小结 |
| 第3章 基于电阻抗相对变化的HIFU焦域温度监测和剂量控制技术 |
| 3.1 生物组织的温度-电导率关系 |
| 3.2 基于电阻抗相对变化的HIFU剂量方法 |
| 3.3 数值模拟 |
| 3.4 实验系统及测量 |
| 3.5 实验结果分析 |
| 3.6 HIFU换能器结构参数对电阻抗相对变化系数的影响 |
| 3.6.1 结构参数a与RIVR以及超声功率的关系 |
| 3.6.2 结构参数a与RIV以及超声功率的关系 |
| 3.6.3 结构参数a与所需治疗时间以及超声功率的关系 |
| 3.7 讨论 |
| 3.8 小结 |
| 第4章 基于EIT的HIFU温度监测和疗效评估技术 |
| 4.1 EIT原理和应用 |
| 4.2 基于EIT的正逆问题及其算法 |
| 4.3 HIFU焦平面内的二维EIT重建算法 |
| 4.4 HIFU治疗中不同时刻的温度场和电阻抗分布 |
| 4.5 HIFU治疗中不同时刻的模型表面电压提取 |
| 4.6 HIFU治疗中不同时刻的EIT重建 |
| 4.7 EIT重建质量评价 |
| 4.8 讨论 |
| 4.9 小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 本文的研究工作内容 |
| 5.2 总结创新之处和研究的意义 |
| 5.3 不足之处 |
| 5.4 进一步研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的科研成果、学术活动和获奖情况 |
| 致谢 |
（9）用于高强度聚焦超声热疗过程监测的电阻抗成像技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 HIFU手术的监控技术 |
| 1.1.1 HIFU治疗技术基本原理 |
| 1.1.2 HIFU治疗的历史发展 |
| 1.1.3 HIFU手术存在的问题 |
| 1.2 电阻抗层析成像技术简介 |
| 1.2.1 EIT技术的发展和研究现状 |
| 1.2.2 EIT技术应用于HIFU治疗过程监测需要解决的问题 |
| 1.3 论文的研究内容和结构安排 |
| 第二章 EIT技术的理论基础 |
| 2.1 医学电阻抗技术的基本原理 |
| 2.2 EIT问题的电磁场理论 |
| 2.3 EIT正问题 |
| 2.3.1 EIT正问题的解析解 |
| 2.3.2 EIT正问题的数值解 |
| 2.3.3 基于Galerkin方法的泛函构造 |
| 2.3.4 有限单元刚度矩阵的构造 |
| 2.3.5 EIT正问题求解方法 |
| 2.3.6 采用有限元法的正问题求解的仿真可靠性研究 |
| 2.4 EIT逆问题 |
| 2.4.1 定解问题的适定性 |
| 2.4.2 正则化方法 |
| 2.4.3 线性化方法 |
| 2.4.4 非线性方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于RROI的 EIT图像重建算法的改进 |
| 3.1 电阻抗图像分辨率的影响因素 |
| 3.2 灵敏系数理论 |
| 3.2.1 阻抗体积描述术 |
| 3.2.2 灵敏度系数理论的数学模型 |
| 3.3 基于RROI的 EIT图像重建算法的改进 |
| 3.3.1 灵敏度系数算法的离散形式 |
| 3.3.2 基于RROI的 EIT图像重建算法的改进 |
| 3.3.3 RROI方法的数学模型 |
| 3.3.4 RROI方法的迭代算法 |
| 3.4 RROI改进方法的仿真研究 |
| 3.4.1 ROI重建区域选择界面 |
| 3.4.2 均匀背景场域内单一目标的微小扰动 |
| 3.4.3 均匀背景场域内的一对电导率扰动 |
| 3.4.4 均匀背景场域中心的单一电导率强扰动 |
| 3.4.5 非均匀背景场域内的单一目标的微小扰动 |
| 3.4.6 改进方法仿真结果的定量分析 |
| 3.4.7 RROI改进方法的适用范围 |
| 3.5 RROI改进方法的实验研究 |
| 3.5.1 水槽中心处的单个电导率扰动实验 |
| 3.5.2 水槽中一对电导率扰动实验 |
| 3.5.3 改进方法水槽实验的定量分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 高性能宽频带EIT数据采集系统的研发 |
| 4.1 数据采集系统的总体方案设计 |
| 4.1.1 硬件系统的分类 |
| 4.1.2 等效电路分析 |
| 4.1.3 分布式控制方案设计 |
| 4.1.4 小结 |
| 4.2 数据采集系统的供电方案设计 |
| 4.2.1 数据采集系统的供电电源选择 |
| 4.2.2 电源滤波设计 |
| 4.3 主控板的设计 |
| 4.3.1 主控板的嵌入式软件开发 |
| 4.3.2 同步性控制方案设计 |
| 4.3.3 与上位机(PC)的通信接口模块 |
| 4.3.4 激励信号的产生模块 |
| 4.3.5 同步信号的产生模块 |
| 4.3.6 小结 |
| 4.4 前端测量板的设计 |
| 4.4.1 前端测量板的嵌入式软件开发 |
| 4.4.2 信号解调方案设计 |
| 4.4.3 激励信号选择模块 |
| 4.4.4 信号采集和处理模块 |
| 4.4.5 电阻抗测量方法对比 |
| 4.4.6 小结 |
| 4.5 阻抗测量系统的性能测试 |
| 4.5.1 测量条件 |
| 4.5.2 系统测量速度测试 |
| 4.5.3 线性度和准确性测试 |
| 4.5.4 重复性测试 |
| 4.5.5 信噪比(SNR)测试 |
| 4.5.6 模拟水槽的成像实验 |
| 4.5.7人体成像实验 |
| 4.5.8 小结 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 离体组织的电阻抗/温度特性研究 |
| 5.1 HIFU组织消融的温度特性 |
| 5.2 生物组织电阻抗测量模型 |
| 5.3 离体动物组织阻抗/温度特性研究 |
| 5.3.1 实验方案设计及平台搭建 |
| 5.3.2 阻抗温度监控界面 |
| 5.3.3 离体猪肉组织电阻温度特性实验 |
| 5.3.4 离体大鼠肝脏组织电阻温度特性实验 |
| 5.3.5 离体猪肉组织新鲜度与电阻温度特性实验 |
| 5.4 离体猪肉组织加热过程的EIT监测研究 |
| 5.4.1 实验方案设计及实验平台搭建 |
| 5.4.2 实验材料和实验配置 |
| 5.4.3 测量结果 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 研究创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录一 数据采集系统 PCB 布线图 |
| 攻读博士学位期间科研工作成果 |
| 一、已发表或录用的论文 |
| 二、已授权或发表的专利 |
| 致谢 |
（10）HIFU经颅聚焦脑肿瘤治疗温度场的数值仿真研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 缩略语 |
| 一、前言 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 研究目的 |
| 1.3 研究内容 |
| 二、均质化头颅参数模型的数值仿真 |
| 2.1 基本方程式 |
| 2.1.1 超声波非线性传播方程式 |
| 2.1.2 生物热传导方程式 |
| 2.2 数值仿真 |
| 2.2.1 数值仿真模型 |
| 2.2.2 仿真参数计算 |
| 2.2.3 仿真常量参数 |
| 2.2.4 换能器参数 |
| 2.2.5 相控聚焦方法 |
| 2.3 数值仿真结果 |
| 2.3.1 不同聚焦方法对HIFU经颅治疗温度场的影响 |
| 2.3.2 输入声强、辐照时间、换能器与颅骨距离对HIFU经颅治疗焦域的影响 |
| 三、人体头颅模型的数值仿真 |
| 3.1 基本方程式 |
| 3.1.1 Westervelt方程 |
| 3.1.2 声场边界处理 |
| 3.1.3 生物热传导方程 |
| 3.2 数值仿真 |
| 3.2.1 数值仿真模型 |
| 3.2.2 仿真参数计算 |
| 3.2.3 数值仿真流程 |
| 3.3 数值仿真结果 |
| 3.3.1 不同聚焦方法对HIFU经颅治疗温度场的影响 |
| 3.3.2 治疗深度对焦域的影响 |
| 3.3.3 颅骨与换能器不同距离对焦域的影响 |
| 四、结论与讨论 |
| 4.1 结论 |
| 4.2 讨论 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 综述 高强度聚焦超声治疗肿瘤的研究发展及其现状 |
| 综述参考文献 |
| 致谢 |
四、HIFU治疗下生物体焦域温度分布的研究与应用（论文参考文献）
- [1]HIFU经颅脑肿瘤治疗相控换能器及其相控驱动系统的研究[D]. 张浩. 天津医科大学, 2019(02)
- [2]HIFU经颅聚焦剪切波及驻波对焦域影响的数值仿真研究[D]. 张艳秋. 天津医科大学, 2019(02)
- [3]双极型超声聚焦方法研究与评价[D]. 岳帅. 重庆邮电大学, 2018(01)
- [4]HIFU经颅脑肿瘤治疗参数筛选的数值仿真研究[D]. 钱宇晗. 天津医科大学, 2018(02)
- [5]多频HIFU经颅聚焦相控换能器及驱动电路的研究[D]. 赵梦娟. 天津医科大学, 2018(02)
- [6]半球形高强度聚焦超声相控换能器的数值仿真研究[D]. 吴世敬. 天津医科大学, 2017(04)
- [7]基于磁感应磁声检测的HIFU无损温度监测与疗效评估[D]. 王佳伟. 南京师范大学, 2017(01)
- [8]基于电阻抗分布的高强度聚焦超声疗效监测和剂量控制研究[D]. 宿慧丹. 南京师范大学, 2017(01)
- [9]用于高强度聚焦超声热疗过程监测的电阻抗成像技术研究[D]. 苗枥文. 上海交通大学, 2016(01)
- [10]HIFU经颅聚焦脑肿瘤治疗温度场的数值仿真研究[D]. 张千. 天津医科大学, 2014(07)