介入式超声消融血栓的研究

论文摘要

血栓性疾病已成为威胁人类健康和生命的重要疾病,近年来随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快,患者数量明显增加,年龄也逐渐趋向中年,给患者及其家人乃至社会都带来了沉重的负担,而血栓性疾病的治疗仍是一个非常棘手的问题。目前使用的大多数药物治疗都存在出血并发症的可能和副作用较大、治疗周期长、易发生溶栓失败或再梗塞等缺点,而一般的血管重建手术的创伤较大,并发症多,且存在一定的再栓堵率,近年开展的动脉旋切术,激光血管成型术均可造成不同程度的血管内膜损伤,使临床应用受到一定限制。20世纪90年代以来,随着超声学、电子学及尖端科学等各方面综合应用的发展,生物医学超声的应用更是取得了令人瞩目的成绩。而超声对血栓有选择的消融机制更使超声技术在血栓性疾病领域表现出日益广阔的前景。一些发达国家已将超声技术应用于体内介入式血栓消融的研究,这项技术在我国应用较少,而对于超声融栓技术的基础性研究在我国更是甚少。目前研究都是单一超声频率对血栓的影响,而且都是采用低频高能超声作用于血栓组织,而高强度超声可使组织细胞损伤,有损害正常组织的潜在危险。超声波使用时在频率和强度上还没有找到最优化的参数,目前对许多超声作用机制不甚清楚,尽管观察到超声融栓的一系列优点,但对其的研究还很不完善,还需要进行更深入、更广泛的研究、探索工作。本文开展了介入式超声融栓技术的基础研究,设计制作了一系列介入式复合变幅杆超声换能器,并通过实验,初步探讨研究了不同的超声参数对血栓消融的影响,主要得出以下结论:（1）根据实际需要,设计制作了一系列介入式复合变幅杆超声换能器,并对所设计的换能器进行了测试。换能器的理论设计值与实验测量值以及ANSYS有限元软件模拟值基本一致,谐振频率的误差在工程允许的误差范围内。而且从图3-1可以看出换能器的前后振速比约等于3,比同条件下纯指数形变幅杆（前后振速比等于2）的前后振速比提高了50%。在整个实验过程中,所有换能器未发现过热现象,皆输出正常,工作良好,达到实验要求。（2）在超声波的频率和处理时间不变的情况下,改变换能器的输入电功率,实验研究了不同功率对血栓消融效果的影响。得出,随着超声波功率的增加,血栓消融率随之上升。（3）为探讨超声频率与血栓消融率的关系,实验中采用了7个频率（20kHz、30kHz、40kHz、50kHz、60kHz、70kHz、100kHz）,换能器的输入电功率和对每个样品的超声处理时间固定不变。从实验结果可以看出,在实验所作的频率段,超声频率对血栓消融率的影响基本呈现出低频超声作用血栓消融率比高频超声作用血栓消融率高的趋势。因为所设计换能器的限制,频率范围不大（20kHz～100kHz）,所以这一趋势看起来不是很突出。其中的起伏可能与不同换能器的电声转换效率不同有关。结合实验结果和理论分析推测,在低频超声消融血栓时,声空化效应起主要作用,而在高频超声消融血栓时,超声的机械效应起主要作用。（4）在超声波的频率和换能器的输入电功率不变的情况下,改变超声处理时间,研究了血栓消融率随超声波处理时间的变化关系。得出,一般情况下,超声处理时间越长,血栓消融率越高。（5）在超声波的频率、处理时间以及换能器的输入电功率一定的条件下,初步研究了栓龄（血栓形成的时间）对超声消融血栓的影响。得出,栓龄越长,血栓消融率越低,栓龄越短,血栓越新鲜,消融率越高。（6）实验中,对经超声处理后的血栓消融液进行了观察,血栓消融液静置72小时未见发生凝结和沉淀现象,消融液中无肉眼可见的颗粒。消融液中最大微粒直径约为1微米左右,还有半透明纤维状碎片。而正常人体红细胞直径约7.5微米,毛细血管管径平均为7～9微米,所以血栓消融碎片不会造成血管再堵塞。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景与选题意义
• 1.2 血栓病的药物治疗方法
• 1.2.1 抗血小板治疗
• 1.2.2 抗凝治疗
• 1.2.3 降低血黏度的药物治疗
• 1.2.4 中成药治疗
• 1.3 血栓病的外科手术治疗方法
• 1.4 超声介入消融血栓的研究进展
• 1.4.1 国内研究概述
• 1.4.2 国外研究概述
• 1.5 本文的工作
• 第2章 超声消融血栓的相关理论
• 2.1 超声的机械作用
• 2.2 超声空化理论
• 2.2.1 超声空化现象
• 2.2.2 超声空化阈值
• 2.2.3 气泡在声场中的运动
• 2.2.4 空化气泡闭合时的激波强度
• 2.3 声辐射压力
• 2.3.1 基本概念
• 2.3.2 声辐射压对液体中轻小物体的作用
• 2.4 声流
• 2.5 影响空化的因素
• 2.5.1 液体若干物理参数的影响
• 2.5.2 声场参数的影响
• 2.6 超声消融血栓的机理
• 第3章 介入式超声消融血栓压电换能器的设计
• 3.1 超声换能器的设计理论
• 3.1.1 压电超声换能器
• 3.1.2 夹心式压电陶瓷超声换能器
• 3.1.3 夹心式压电陶瓷超声换能器的理论分析及设计
• 3.2 单一变幅杆的理论和设计
• 3.2.1 基本概念
• 3.2.2 变截面杆纵振动的波动方程
• 3.3 复合变幅杆的理论和设计
• 3.4 介入式超声消融血栓换能器的设计制作及测试
• 3.4.1 压电陶瓷材料的选择
• 3.4.2 变幅杆形状的选择
• 3.4.3 前、后盖板以及变幅杆材料的选择
• 3.4.4 换能器的测试
• 第4章 介入式超声消融血栓的实验研究
• 4.1 实验材料和实验仪器
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 血栓的制备
• 4.1.3 实验仪器
• 4.1.4 实验环境条件
• 4.2 实验方法
• 4.3 介入式超声消融血栓实验及结果分析
• 4.3.1 超声波功率对血栓消融的影响
• 4.3.2 超声波频率对血栓消融的影响
• 4.3.3 血栓消融率与超声波处理时间的关系
• 4.3.4 栓龄对血栓消融的影响
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果