陈 凝， 赵 鹏， 王月兵， 曹永刚

(中国计量大学 计量测试工程学院， 浙江 杭州 310018)

1 引 言

近年来，肿瘤的发病率和死亡率日趋上升，高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound, HIFU)能够实现肿瘤的无创治疗，显著提高患者的康复效果[1]。在HIFU治疗过程中，聚焦换能器利用超声波的聚焦性和穿透性，将体外低能量的超声波聚焦于体内需要治疗的区域，形成一个高能量的靶点，该点温度迅速上升，使细胞膜的通透性和流动性发生改变。较高的温度会使靶区组织发生不可逆的凝固性坏死，但不会损伤靶区外的正常组织，从而达到无创治疗的目的[2,3]。但是，如果温度升高不可控，也会对生物组织原本的结构和其正常功能产生影响甚至破坏[4]。对于HIFU治疗下温度模型的建立可以帮助人们预测临床治疗效果和指导治疗剂量，避免治疗时产生的皮肤烧伤、肿瘤细胞清除不完全、正常组织烧伤等一系列问题。

目前，国内外众多学者已经在HIFU作用下温度模型的建立及温度上升的预测等方面做了诸多研究。为了对生物体中的热效应进行分析，Pennes通过测量前臂组织的温度，建立了生物传热模型，也即Pennes传热方程，此后该模型得到广泛的应用，成为描述HIFU治疗过程中组织传热效应的经典模型[5]。Lee通过建立Westervelt方程及Pennes方程耦合模型对HIFU辐照声压3 MPa时的组织模拟体中的温度升高进行了预测，并通过实验进行验证[6]。宿慧丹等通过计算齐次亥姆霍兹方程预测焦域内的声场分布，并引入Pennes传热方程，建立了HIFU治疗系统模型，利用有限元仿真模拟了HIFU焦域声场及温度场分布，但缺乏实验进行验证[7]。……