超声空化作用下仿肾组织模型的温升测量及碎石实验研究

论文摘要

肾结石会引起尿路梗阻、感染、肾功能损伤。本文针对高强度聚焦超声的碎石机理和热损伤问题进行研究。本文主要以仿肾组织体模为载体，利用高速摄影的方法研究高强度聚焦超声的空化云形成及分布的特点以及对仿组织体模的损伤，同时用热电偶测温的方法对仿组织体模结构内部在聚焦高强度超声作用下的温度场的变化进行研究，最后通过改变超声参数和传播介质，利用3D扫面的方法及分析天平称重的方法，分别研究结石的损伤形态及质量损失的碎石效果。本研究中的主要工作是搭建高精确移动的五自由度手动移动平台和仿肾结构体模模型的实验平台，研究并配制与人体肾组织声学性能相近的超声体模和与人体结石机械性能相似的肾结石模型，并在含有仿组织体模结构的实验系统内对超声空化的机理特别是空化空泡的生成和平移运动、超声体模的温度变化、结石破坏特点与超声参数的影响几个方面进行试验研究。主要研究结论如下：1）水中和仿肾结构体模系统中空泡生成及运动的过程不同，超声作用下体模有损伤。2）仿组织体模内部（包括焦点位置）的温度变化：焦点的温度变化幅度最大；连续波作用时温度变化较明显，而脉冲波作用时温度变化几乎不变；连续波强度越大，温度变化幅度越大。3）随着超声强度或作用时间的增加，结石的损伤孔的孔深增加较快，孔径稍有增大；结石在琼脂凝胶的中的超声作用后的质量损失要小于（约占50%）在水介质中的相同参数超声作用后的质量损失，空化作用在超声的整体碎石作用（以质量损失衡量时）中约占一半的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 超声空化及其医学应用简介
• 1.1.1 超声波的概念及产生方法
• 1.1.2 超声空化的概念以及影响超声空化的因素
• 1.1.3 超声空化机理及实验研究现状
• 1.1.4 超声空化在医学治疗的研究
• 1.2 肾结石的概念及治疗
• 1.2.1 肾结石的形成
• 1.2.2 肾结石的分类
• 1.3 体外碎石的医学应用
• 1.3.1 体外冲击波碎石的研究及应用现状
• 1.3.2 高强度聚焦超声及体外超声碎石的研究
• 1.4 仿组织体模的概念及相关研究
• 1.4.1 仿组织体模的概念
• 1.4.2 国内外应用仿组织体模的实验研究
• 1.5 本文主要研究内容及方法
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 各章内容简介
• 1.5.3 本文的意义和主要贡献
• 第2章 实验台搭建
• 2.1 实验台介绍
• 2.1.1 超声波发生装置
• 2.1.2 仪器性能
• 2.1.3 高精度手动五自由度组合平移台
• 2.1.4 仿肾体模结构的设计
• 2.2 仿组织体模的调研和配置
• 2.2.1 仿组织体模配置的相关背景知识
• 2.2.2 实验中选用仿组织体模的配置方法
• 2.3 人体结石模型的调研和配置
• 2.3.1 人体结石的相关背景知识
• 2.3.2 实验中结石模型的配置方法
• 2.4 试验中参变量变化方式
• 2.4.1 超声波强度、脉冲波和连续波
• 2.4.2 介质变化
• 2.5 本章小结
• 第3章 聚焦超声空化的高速摄影观察
• 3.1 聚焦超声在水介质下的空化云形态
• 3.2 聚焦超声在仿组织模型中的空泡分布
• 3.3 体模的损伤
• 3.4 高速摄影拍摄仿组织模型内结石的损伤过程
• 3.5 本章小结
• 第4章 聚焦超声作用下体模内的温度变化
• 4.1 组织温升的理论分析和解析解
• 4.2 仿组织模型的温升实验测量结果
• 4.2.1 焦点前后 12mm 区间内的温度测定
• 4.2.2 声场轴线上距换能器（80mm，220mm）区间的温度测定
• 4.3 本章小结
• 第5章 超声空化对仿组织系统的碎石作用的研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验设备及方法
• 5.3 试验结果及分析
• 5.3.1 损伤形式
• 5.3.2 超声波强度的影响
• 5.3.3 作用时间的影响
• 5.3.4 占空比的影响
• 5.3.5 结石所处轴向位置的影响
• 5.3.6 介质的影响
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本论文的主要研究成果
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果