重医大超声治疗学实验指导

超声治疗学实验指导超声治疗学是一门实践性很强的专业课。超声治疗学实验是超声治疗学的重要组成部分，是将书本中的理论应用到实际的重要环节。它的任务是强化学生对超声的认识，加强对超声治疗原理与应用的理解，使其熟悉超声治疗设备的各种参数以及现有设备的操作流程，学会对实验中获得的数据进行处理与分析。通过实验课的开展，学生应达到以下要求：1.了解各类超声治疗设备的组成、操作流程与注意事项2.熟悉HIFU技术临床治疗的基本流程、注意事项及效果判断3.掌握辐射压力法的应用原理与操作技术4.掌握实验中数据记录与处理5.培养实事求是的科学态度和严谨认真的工作作风为此，要求学生实验前必须认真预习，明确实验目的，了解实验内容与方法，考虑实验中应注意的事项及实验的进程。实验中应认真操作，仔细观察实验现象并加以分析，做好原始记录，认真分析实验结果，力求做出准确、可靠的结论。应遵守课堂纪律和实验室规定，注意设备的使用安全，并做好卫生。本实验指导内容是根据生物医学工程系教学计划的要求，结合我校实际情况编写。以目前重庆海扶科技有限公司研发的设备为依据而开展的。使用时应根据教学学时选择实验内容。实验一：超声治疗设备一、实验目的1.掌握现有超声治疗设备换能器的聚焦方式及声场特点2.熟悉JC-200型聚焦超声肿瘤治疗系统的结构和功能3.了解CZB型超声波鼻炎治疗仪、CZF型超声波治疗仪和阿是超声波治疗仪，观察设备的构造及功能二、实验内容1.熟悉JC-200型聚焦超声肿瘤治疗系统的结构和功能1)基本的四大组成部分：功率源：将电能转化成为声能。水处理系统：要求介质水导电率小于20us/cm，氧容量小于5ppm的脱气纯水，水温20-25℃。运动系统：治疗头的运动系统为六自由度，根据病灶的大小和体位带动刀头运动，实现治疗的目标，治疗床板为三维运动。控制系统：中央控制台包括影像监控和运动系统控制等。2)理解超声监控的原理，并通过牛肝实验来观察灰度变化。2.了解CZB型超声波鼻炎治疗仪、CZF型超声波治疗仪和阿是超声波治疗仪，观察设备的构造结构及功能1)这三台设备构造大致相同，都由功率源、水箱、治疗头组成，其中：功率源驱动换能器超声超声；水箱提供脱气水，用来降低换能器表面温度同时起到耦合剂的作用；治疗头起到固定换能器作用，并使其能任意移动。2)掌握三台设备的输出能量大小，操作流程，以及设备软件的使用。3)了解三台设备的不同点，以及其各自的特点。3.掌握现有超声治疗设备换能器的聚焦方式及声场特点我系联合海扶科技有限公司研制的超声治疗设备均采用自聚焦形式。观察CZB型超声波鼻炎治疗仪、CZF型超声波治疗仪的换能器的结构。三、实验说明：1.示教设备属大型医疗设备，必须在老师的指导下使用设备。2.注意安全，不要随意触摸。四、思考题：1.比较CZB型超声波鼻炎治疗仪与CZF型超声波治疗仪的异同？2.JC-200型聚焦超声肿瘤治疗系统的结构和功能？实验二：聚焦超声声功率和声场测试一：实验目的1.掌握辐射压力法测声功率的原理以及计算方法2.熟悉辐射压力法测声功率的操作流程与注意事项3.了解声场特性的测量二：实验内容1.辐射压力法原理与计算方法辐射压力法的原理是建立在自由场中声波行波作用于障碍物（靶）上的朗之万（Langevin）辐射力与声源的声功率成正比的关系上建立的。当使用全吸收靶时：P=Fc(c为媒质声速)球面聚焦声束(半孔径角αm)，垂直入射拳吸收靶时P=2Fc/(1+cosαm)聚焦器中间开有圆孔时：P=2Fc/(cosαmi+cosαm)其中αm为球面聚焦声束的半孔径角，αmi为聚焦器中间的圆孔的半孔径角本实验采用的换能器为中间开有圆孔的球面聚焦换能器。2.辐射压力法测声功率的操作流程与注意事项1)使用系里已有的声功率测试系统来进行测量2)将吸收靶中心对准焦点3)将吸收靶吸收平面置于焦点下2cm左右4)开启JC-200功率源进行不同电功率下的测量，并待数据稳定后记录辐射力的大小。3.声场特性的测量声场特性测量采用水听器法。声场中水听器接受面所在的位置的声压PH(x、y、z、t)可有水听器的输出电压UH(x、y、z、t)得到：PH(x、y、z、t)=PH(x、y、z、t)/MLML为水听器自由场电缆末端有载电压灵敏度。在连续波作用的聚焦换能器的声场中，使用水听器采集焦点附近区域的声压值，并通过软件模拟出自由场中超声声场特性。三、实验说明：1.示教设备属大型医疗设备，必须在老师的指导下使用设备。2.注意安全，不要随意触摸。四、思考题：1.辐射压力法声功率的计算2.聚焦超声声场特点实验三：超声生物学效应实验（一）一、实验目的：1.掌握HIFU治疗设备的组成、基本原理及用途2.了解HIFU治疗设备的工程参数3.了解HIFU技术在离体牛肝脏形成损伤的超声生物学效应二、实验内容：1.海扶超声聚焦刀、JC-200高强度聚焦超声治疗系统的组成高强度聚焦超声（HighIntensityFocusedUltrasound，HIFU）治疗是将低能量超声波透过组织的过程中聚集起来，产生数千倍的能量叠加，在体内形成一个凝固性坏死区域，其大小、形态、位移可控，象一把无柄的"尖刀"切除病灶。①进一步理解需要掌握的概念：焦点：聚焦声场中的最大声强点。焦域：聚焦声场中以焦点为中心，以-3dB最大声场为边界构成的空间高声能区域。焦域长度：聚焦声场中心轴上的焦域尺寸。焦域宽度：焦平面上过焦点的焦域尺寸的平均值。焦平面：通过焦点，且与声场中心轴垂直的平面。焦距：从治疗头的上表面平台到焦平面的高度。②基本的四大组成部分：功率源：将电能转化成为声能。水处理系统：要求介质水导电率小于20us/cm，氧容量小于5ppm的脱气纯水，水温20-25℃。运动系统：治疗头的运动系统为六自由度，根据病灶的大小和体位带动刀头运动，实现治疗的目标，治疗床板为三维运动。控制系统：中央控制台包括影像监控和运动系统控制等。2.超声聚焦刀、JC-200高强度聚焦超声治疗系统控制界面：包括治疗界面和工程软件见面。治疗参数的选择：①治疗头的选择：治疗头最重要的两个参数是工作频率和焦距。治疗头的工作频率有0.8MHz和1.6MHz两种，焦距在60-165mm之间选择。长焦距治疗头适于治疗深部的肿瘤或较大的肿瘤；短焦距治疗头适于治疗浅表的肿瘤。0.8MHz治疗头发出的超声声束的穿透能力较强，能够进入较深部位；1.6MHz治疗头发出的超声声束的穿透能力稍差，但生物学焦域形态较小，适合于治疗乳腺癌或教浅表的肿瘤。②治疗参数的选择：治疗功率的选择：当前扫描治疗时的输出声功率，单位为w。扫描速度：单位为mm/s，根据具体的扫描方式而定。治疗遍数：可以重复治疗。扫描方式：直线扫描超声能量作用点在治疗层面上作直线运动。曲线运动超声能量作用点在治疗层面上作曲线运动。定点点打超声能量作用点固定在一个特定的位置上。连续点打超声能量作用点沿一个设定的轨迹作跳跃式运动。扇形扫描超声能量作用点沿一个设定的扇形的弧形上运动。汇聚扫描扇形扫描的一种特殊情况，超声能量作用点汇聚在一个固定的点上。3.离体牛肝脏实验：HIFU辐照离体牛肝脏形成点、线、面、体。三、实验说明：1.示教设备属大型医疗设备，必须在老师的指导下使用设备。2.注意安全，不要随意触摸。四、思考题：1.试比较海扶超声聚焦和JC-200高强度聚焦超声治疗系统结构组成上的异同？

2.试分析提高治疗头能量转换率的方式有哪些？

实验四：超声生物学效应实验（二）一、实验目的：1.学生在教师的指导下，熟悉HIFU治疗设备的操作流程。2.通过开展改变HIFU能量辐照离体牛肝脏及不同深度下HIFU辐照离体牛肝脏的损伤效应实验，使学生进一步熟悉HIFU在离体牛肝脏形成损伤的剂量与效应的关系。二、实验内容：1.实验设备：JC200高强度聚焦超声肿瘤治疗系统：由重庆海扶（HIFU）技术有限公司自行研制生产。由功率源、床体、立柱、控制台、水处理系统五部分组成。治疗头参数：直径120mm、焦距135mm、频率1.6MHz。2.离体牛肝脏实验：HIFU辐照离体牛肝脏形成点、线、面、体。新鲜离体牛肝15斤，用75%的生理盐水浸泡保存。①将新鲜牛肝根据实验需要切成10×8×10cm大小，放在生理盐水中浸泡，然后放在装有生理盐水的脱气缸中进行脱气处理，约50分钟后取出放在生理盐水中备用。②设备调试：将治疗头安装好后，开启电源，进脱气水，开启功率源，用频率计进行匹配调节，用声功率计测试所需要的声功率。功率为：W、W、W。③A在HIFU的剂量一定的情况下，改变辐照离体牛肝脏的深度，研究HIFU在离体牛肝脏形成定点损伤的剂量与效应的关系,低于3个数据，记录在下表。B在HIFU辐照离体牛肝脏的深度一定的情况下，改变HIFU辐照离体牛肝脏的深度，研究HIFU在离体牛肝脏形成定点损伤的剂量与效应的关系,低于3个数据，记录在下表。C将上述实验数据进行相应的统计学处理，根据实验结果，阐述HIFU在离体牛肝脏形成定点损伤剂量与效应的关系。

表1变化辐照功率、辐照时间和辐照深度定点点打牛肝实验记录

辐照深度Depth（mm）辐照功率Power(W)辐照时间Times(s)靶区灰度Targetregiongrayscale坏死长度（mm）Necrosislength坏死宽度（mm）Necrosiswidth坏死体积（mm·）Necrosisvolume202503

5

10

三、实验注意事项：1.设备的使用，必须在老师的指导下进行操作。2.实验过程中，接触标本时请带手套。3.注意安全，不要随意触摸。四、思考题：1.通过离体牛肝脏实验，试比较"生物学焦域"和"物理学焦域"的异同？2.简述离体牛肝脏实验的准备过程？

实验五：超声治疗临床应用实例一、实验目的：1.了解HIFU技术临床治疗病人的基本流程2.了解HIFU技术临床治疗的基本参数、监控及治疗效果的判断3.了解HIFU技术临床治疗的适应症及注意事项4.对HIFU技术在人体组织形成坏死的超声生物学效应有一定的理解。二、实验内容：1.介绍HIFU技术临床治疗病人手术前的准备1)适应症的选择2)病人手术前禁食3)治疗部位表面皮肤的处理2.观摩"海扶超声聚焦刀"治疗病人的过程1)治疗过程中