新型相控聚焦超声声场测量实验研究

目的:相控聚焦超声是热物理治疗领域的研究热点之一,而对其声场的研究是其中最重要的技术环节.本文分析了新型相控聚焦超声声场仿真和实验测量的声场结果.方法:运用LabVIEW虚拟仪器平台开发了超声声场测量系统.该系统用水听器声场扫描法测量了单焦点模式下新型相控聚焦超声声场分布,并用MATLAB等工具包对单焦点模式下的声场分布进行仿真.结果:仿真数据和实验结果基本一致.结论:本文验证了理论模型的正确性及本系统测量相控型聚焦超声声场可行性和有效性.     

遗传算法在256阵元相控阵高强度聚焦超声治疗系统多焦点控制中的应用

阐述了遗传算法优化多点超声聚焦的方法以及球面相控阵声场计算方法。对实验室研发的256阵元相控阵聚焦超声治疗系统作了简介。利用此遗传算法和声场计算方法，对轴上和离轴单焦点以及轴对称六焦点和非轴对称四焦点进行了256阵元相控阵的声场仿真，并观察了实验室研发的256阵元相控阵聚焦超声治疗系统作用于有机玻璃和透明仿体的实验结果。用遗传算法和声场计算方法的仿真和系统实验结果表明，此方法可在实际聚焦手术中准确地控制3维单焦点和3维多焦点。     

开口柱面换能器声场分析

目的:聚焦超声治疗妇科浅表组织疾病中存在聚焦换能器和定位探头同时放置的问题,在实际的治疗头设计中必须考虑放置B超探头对聚焦声场的影响,本文涉及一种开口柱面换能器聚焦超声声场的数值计算与仿真,通过计算得出声场的三维空间分布,同时研究柱面自聚焦换能器中不同开口形状、位置、面积大小对声场的影响,以指导开口换能器的实际设计。方法:本文通过建立三维直角坐标系,应用Rayleigh积分得出柱面换能器聚焦区域内每一点的声强表达式,运用C语言和matlab采用变步长辛卜生二重积分的方法对开口柱面聚焦超声换能器的声场进行了数值计算和仿真,得出声场的三维分布。结果:对开口的不同形状、大小、位置的声场分布仿真结果表明:不同开口形状都会使聚焦区域声压幅值下降,开口半径增大,声压表现为下降的趋势,Z轴向的声压在换能器的边缘较大,中间小。随着开口中心位置距原点的距离越大,Z轴向的声压分布越不均匀,而对聚焦位置影响不大。结论:通过不同开口参数对声场三维分布影响可以看出:柱面超声换能器的开口形状、位置、面积对聚焦区域的声压均有明显影响。与给定的条件相比,选择位置居中、面积较小、的换能器,能使聚焦性能得到提高,而换能器的开口形状对聚焦效果影响不大。     

超声引起的双层生物组织中的温度场研究

超声热疗在临床上得到了越来越广泛的应用,成为目前临床治疗的一种有效手段,但治疗中人体组织的温度测量是决定治疗成败的重要因素.基于超声的温度分布的无损测量是其中的一种方案,也成为医学超声研究的一个热点.采用有限差分的离散方法求解Pennes方程,从而得到了超声作为热源的情况下双层生物组织中的温度场.通过实验验证,说明该方法能较为准确地计算出超声热源情况下双层组织中的温升分布情况.同时讨论了各个参数对双层组织温度的影响,实验和计算结果发现初始声压和组织的热传导率对焦点温升的影响较大,组织的热容对焦点温升的影响很小,只有热传导率对焦点的位置有较大的影响.     

一种消除浅表组织病灶的微型线聚焦换能器声场的数值计算与仿真方法

目的:本文涉及一种消除浅表组织病灶的微型线聚焦超声声场的数值计算与仿真,通过计算得出声场的三维分布,同时研究柱面自聚焦换能器各个参数对声场的影响,以指导微型自聚焦换能器的设计。方法:本文通过建立三维直角坐标系,应用Rayleigh积分得出微型线聚焦超声换能器聚焦区域内每一点的声强表达式,运用C语言和matlab采用直接数值积分的方法对柱面聚焦超声换能器的声场进行了数值计算和仿真,得出声场的三维分布。结果:从声场的三维分布可以看出:按照本文给定的条件设计,微型线聚焦超声换能器展现出良好的聚焦性能,形成明显的焦域。和普通的柱面超声换能器相比,小型的柱面超声换能器形成的声场在z轴上的声场分布更均匀,x,y方向上衰减更快。结论:通过不同的参数对声场三维分布影响可以看出:微型线聚焦超声换能器的厚度,半径,张角和长度对聚焦的效果有明显影响。与给定的条件相比,选择较厚、半径和张角较大的换能器,能提高聚焦性能,而换能器的长度对聚焦效果影响不大。     

活塞聚焦换能器引起温度提升的研究

由于高强度聚焦超声的出现,活塞聚焦换能器引起的温度场日益受到重视.本研究基于生物热传导方程(Pennes方程)及高斯声束叠加法理论,给出了由活塞聚焦超声引起的温度提升理论模型,并计算温度场的横向分布.实验采用猪的肝脏组织和脂肪组织,采用活塞聚焦换能器加热的方法,用热电偶测量可组织内的温度提升,并将计算结果与实验结果进行了对比分析.结果表明:在弱聚焦且声源强度小于3.0 wW/cm2的情况下,此模型可准确预测生物组织的温度分布,生物组织温度的提升主要决定于线性声场,并且与换能器参数有关,温度的提升随着换能器的声功率、频率、半径的增加而增加,随焦距的增加而减小,随媒质的灌注长度的增加而增加.     

线阵B超的声场分布

线阵B超的成象区域都是在近中场,用简单的Fraunhofer近似研究组织中的声场分布是不恰当的。然而,整个阵列的激励声场是各单个阵元的激励声场的迭加,而且单个阵元的声场在大部分成象区域内都满足远场条件,可以用Fraunhofer近似处理得到较简单的声场分布函数。用单阵元分布函数迭加所得的换能器声场分布的数值计算,比计算经典的Fresnel积分的运算量要小得多。计算结果表明:换能器阵列在成象区域内的非聚焦声场与矩形平板换能器声场的近中场分布规律相近,适当引入延时可以使阵列换能器的声束有效会聚而实現电子聚焦。当换能器口径一定时,电子聚焦的最小焦距受阵元宽度限制。超声仪器对组织后向散射信号的接收是发射的逆过程,可以用相同的函数描述。同样,也可以通过适当的延时实現电子聚焦,从而进一步提高成象的分辨力。     

组织温度分布的传热模型

高强度聚焦超声对组织加热时，正确估计组织内的声场及场点分布温度分布和变化是非常重要的，从热量传递概念出发，建立了组织的传热模型，用其对大口径自聚焦换能器的声场在聚焦区城内的温度变化进行估计，了３ｄＢ聚焦区城的大小。     

B型超声诊断仪凸面相控阵探头聚焦声场的计算

本文对B型超声诊断仪中已广泛使用的凸面相控阵探头的聚焦声场给出了表达式,并分别对B型超声诊断仪中经常使用的两种工作频率3.5MHz和7.5MHz的聚焦声场进行了数值计算,找出了比较理想的聚焦范围和波束宽度。 数值计算同时也给出了工作频率、弧阵孔径以及阵元高度对聚焦范围和波束宽度的影响。     

高强度聚焦超声治疗剂量对组织温升影响的研究

测量了高强度聚焦超声(HIFU)定点辐照新鲜离体牛肝脏时，不同声强和辐照时间下的组织焦点温升。根据Pennes传热方程，从理论上分析了高强度聚焦超声定点辐照生物组织前后组织温度变化的规律，研究结果表明；一定的声强下，总有一个辐照闻值时间存在，当辐照时间超过辐照阐值时间后，温升缓慢，声强越大，辐照阐值时同出现得更早l组织焦点温升、相对累积热剂量随声强、辐照时间的增加而增大，当治疗剂量一定时，声强对组织焦点温升的影响大于辐照时间对组织焦点温升的影响。因此，HIFU最适治疗剂量应满足：适度的声强、辐照时间为该声强下的辐照阈值时间。     

Reflected light intensity profile of two-layer tissues: phantom experiments

Experimental measurements of the reflected light intensity from two-layer phantoms are presented. We report, for the first time, an experimental observation of a typical reflected light intensity behavior for the two-layer structure characterized by two different slopes in the reflected light profile of the irradiated tissue. The point in which the first slope changes to the second slope, named as the crossover point, depends on the upper layer thickness as well as on the ratio between the absorption coefficients of the two layers. Since similar experiments from one-layer phantoms present a monotonic decay behavior, the existence and the location of the crossover point can be used as a diagnostic fingerprint for two-layer tissue structures. This pertains to two layers with greater absorptivity in the upper layer, which is the typical biological case in tissues like skin.     

Investigation of the correlation structure of biological tissue polarization images during the diagnostics of their oncological changes

We have considered the theoretical background of biological tissue complex polarization analysis: (1) polarization mapping; (2) polarization-correlation mapping; (3) polarization correlometry. The technique of interferometric measurements of 2D distributions of the complex degree of mutual polarization of biological tissue images has been proposed. The totality of diagnostically urgent interconnections between the statistical and correlation structure of biological tissue polarization images and the optical-geometrical structure of their architectonics has been determined.     

Time dimension in histopathology.

In the liver acinus hepatocytes and littoral cells stream from the portal tract toward the terminal hepatic vein. Their average displacement trajectory was denominated as tissue radius. Since cells advance on the tissue radius in one direction, the farther a cell is the older it is, and cell age may be estimated from its position. This property is regarded as time dimension of a tissue. Since distance may be estimated by image cytometry, age determination may be incorporated in the image cytometer software. Distance may be expressed in two types of units: 1. metric e.g. microns, and 2. cell location or the number of cells separating a given cell from tissue origin. Cell age may also be expressed by two units: chronological and biological. Chronological age may be derived from the cell's displacement velocity. A hepatocyte advances daily 2 microns so that a cell at 100 microns distance is 50 days old. Biological age is defined as the cell's location on the radius. Cell location may serve as biological age unit since cells ranked according to their location are also ranked by their ages. The average acinus radius is 22 location long so that in biological age units, maximal hepatocyte life span is 22 locations. One may even say that a cell at location 5 is 2 biological units older than a cell at location 1. In order to estimate chronological age the cell has to be followed for a period of time, while biological age may be read off once from the section. There is yet another advantage for utilizing cell location as unit.(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)     

侧向冲击载荷作用下髋护具对股骨-骨盆复合体生物力学响应的影响

目的利用三维有限元法研究髋部护具对人体股骨-骨盆复合体在侧向冲击载荷作用下生物力学响应的影响。方法基于中国力学虚拟人模型库建立股骨-骨盆-软组织复合体的三维有限元模型,包括皮质骨、松质骨和软组织,并在此基础上建立髋部护具和股骨-骨盆-软组织复合体系统的三维有限元模型;同时,在两个模型中构建刚体平面仿真地面。约束地面刚体,对两个模型均施加侧向2 m/s的速度载荷,整个仿真分析时间设定为20 ms。通过三维有限元分析计算获得两模型受侧向冲击载荷过程中应力、应变变化特性,对比分析髋部护具对股骨-骨盆复合体生物力学响应的影响。结果髋部护具使股骨-骨盆复合体在侧向冲击载荷作用下的应力峰值出现时间提前4 ms以上,且应力应变水平出现大幅度降低;皮质骨上的应力峰值降低67.88%以上,松质骨上的峰值应力下降69.34%以上,松质骨上的压缩主应变峰值降低可达63%。结论在侧向冲击载荷作用下,髋部护具对股骨-骨盆复合体具有良好的保护作用,能够有效预防骨折的发生或降低骨折风险。     

Biodegradable lysine diisocyanate-based poly(glycolide-co-epsilon-caprolactone)-urethane network in artificial skin

A biodegradable lysine diisocyanate-based poly(glycolide-co-epsilon-caprolactone)urethane network has been evaluated as a material for the construction of a macroporous bottom layer (dermal analogue) in a two-layer artificial skin. High rates of in vitro degradation were observed; degradation of the porous poly(glycolide-co-epsilon-caprolactone)urethane networks was faster in vivo than in vitro. Subcutaneous implantation in guinea pigs showed that the porous polyurethane networks allowed rapid cell ingrowth, degraded almost completely 4-8 wk after implantation and evoked no adverse tissue reaction.     

不同类型生物材料的心脏瓣膜应用及安全性评价

背景:组织工程心脏瓣膜是应用工程学和生命科学的原理和方法构建具有生理功能和生物活性的瓣膜替代物,但仍处于动物实验阶段。 目的：总结常用的组织工程心脏瓣膜,对不同类型生物材料的心脏瓣膜应用的安全性进行评价。 方法：以“生物材料,心脏瓣膜,支架材料,综述文献,组织工程”为中文关键词,采用计算机检索2000-01/2010-12相关文章。纳入与生物材料与组织工程心脏瓣膜研究相关的文章;排除重复研究或Meta分析类文章。 结果与结论：共纳入生物材料与组织工程心脏瓣膜研究相关文献20篇。天然支架材料因其优越的生物相容性和三维空间构象,具有其他材料不可比拟的仿生性。合成可降解高分子材料具有良好的可控性和力学性能也备受研究者青睐,而将天然材料和高分子材料融合一体构建的复合支架材料为组织工程心脏瓣膜的研究提供了新的策略和方向,具有广阔的应用前景。     

光化学组织黏合技术结合生物敷料在组织修复中的应用研究

光化学组织黏合(PTB)技术作为一种新型的免缝合组织黏合技术,已经被应用于皮肤、神经、血管等组织损伤的修复。将胶原类生物敷料与PTB技术结合应用于组织修复,将可取得更为满意的效果。本文综述了目前临床中常用的4种生物敷料的生物学特性,以及结合PTB技术用于组织修复以达到降低术后炎症反应、减轻后期瘢痕形成的目的。     

医用多孔钽的性能及其在膝关节损伤中的应用

背景：随着临床上大量金属支架材料在人体的广泛应用,很多金属材料表现出一些相对不足,但是医用多孔钽金属在许多临床和科研中性能发挥稳定,逐渐成为新的骨组织工程发展方向。 目的：综述多孔钽金属的结构特性、力学性能、生物特性及其在膝关节损伤中的应用情况。 方法：应用计算机检索1955-12/2010-01中国期刊全文数据库和PubMed数据库,英文检索词为“porous tantalum,bone tissue project,biological material,trabecula metal”,中文检索词为“多孔钽,骨组织工程,生物材料,小梁金属”,共检索到文献81篇。 结果与结论：医用多孔钽在结构特性方面具有的三维多孔结构,有利于成骨细胞黏附、分化和生长,促进骨长入;在力学性能方面多孔钽的弹性模量、抗疲劳特性、摩擦系数与正常骨组织相近;在生物特性方面多孔钽表现出良好的生物相容性、抗腐蚀性、骨诱导和再生能力;在膝关节损伤应用方面有着广阔的发展前景,但是目前医用多孔钽在国内应用较少,而且研究不够深入,这就有待于人们去更深入的研究和探索。     

临床计划评估的放射生物学模型研究进展

放射治疗计划评估方式主要是基于体积剂量,未能反映肿瘤以及正常组织接受剂量后的生物学效应,将生物学模 型应用到放疗计划评估中进一步反映其生物学效应和临床效果。本研究主要对细胞存活率模型、肿瘤控制率模型、正常 组织并发症模型以及次级肿瘤风险预测模型等不同生物学模型的发展进行简要概括。对于细胞存活模型简述其典型模 型线性二次模型,以及针对高剂量、高剂量率以及损伤修复等提出的其他修正模型。在肿瘤控制率以及正常组织并发症 模型简述基于泊松函数和逻辑关系的不同泊松模型、逻辑模型。对于次级肿瘤风险预测模型主要对基于线性二次模型以 及考虑细胞增殖等不同的预测模型发展进行简要概括。     

牙髓牙本质组织工程生物支架材料的研究进展

背景：组织工程方法中选择合适的支架是关键性的步骤。 目的：回顾分析牙髓牙本质组织工程中支架材料的应用研究。 方法：由第一作者检索1993至2012年 PubMed数据及万方数据库有关牙髓牙本质组织工程中支架材料应用研究等方面的文献。 结果与结论：在牙髓牙本质组织工程中有包括天然生物、人工合成材料和复合材料在内的大量生物材料可供选择,每一种材料都有各自的生物学特点。其中胶原、聚酯、羟基磷灰石等是研究较多的支架材料。自组装多肽水凝胶是由氨基酸制成的新型支架材料,满足理想牙髓牙本质组织工程支架材料的大部分要求,是一种前景广阔的牙髓牙本质组织工程支架材料。