高强度聚焦超声温度场的有限差分模拟

摘要

本文在圆柱坐标中对高强度聚焦超声(HIFU)的声压和振速特性进行了理论研究,并结合Pennes生物热传导方程进行了高强度聚焦超声治疗温度场的仿真研究.采用时域有限差分(FDTD)方法,求解Westervelt声波非线性传播的波动方程,并以水为传播媒质计算了凹面声源的焦点声压,进一步对Pennes生物热传导方程进行数值解析,模拟和绘制了超声波传播过程中焦域附近温度场,获得65℃以上的焦域的形状、大小和位置.结果表明HIUF治疗中所形成的焦域近似圆柱体,其距离比几何焦点稍近.本研究为HIFU实际应用中的精确定位和温度控制提供理论基础.