研究背景：　　高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound，HIFU)技术是近年来迅速发展起来的一种非侵入性肿瘤治疗技术。已经广泛应用于多种良恶性实体肿瘤的治疗。HIFU技术利用了超声波在生物组织中良好的穿透性和方向性，通过一定的聚焦方式，将体外治疗头发射的低强度超声汇聚到体内形成一个能量高度集中的区域，即声焦域，在焦域内通过热效应、空化效应等使组织产生凝固性坏死，同时对周围正常组织无任何损伤。其中对剂量学研究是HIFU技术的关键。目前临床多使用实时影像监控（MRI/US）来反馈调节治疗剂量，与MRI影像监控相比较，超声监控具有任意面成像、更具实时性以及经济适用等优点，因而使用更为广泛。超声影像实时监控的目的主要包括以下几个方面：(1)实时定位；（2）实时引导治疗；（3）实时疗效评价；（4）实时剂量反馈；（5）实时调整或改变治疗计划等。关于实时疗效评价与剂量反馈主要依赖治疗过程中实时靶区组织的灰度变化，目前临床上以靶区出现团块状高回声改变或整体灰度明显增强为停止剂量投放的标准。而这种反馈控制剂量投放的方式具有一定的滞后性，在治疗前，针对不同的病人，剂量投放的多少主要依赖临床医生的经验进行主观判断，缺乏进行个性化的剂量选择的客观依据，这无疑增加了HIFU治疗剂量标准化的难度，不利于HIFU技术的推广。应用超声灰度变化作为判断疗效的标准，还有可能导致过量的剂量投放。超声监控的HIFU治疗能否成功还依赖于超声图像的质量。综上所述，实时影像监控反馈剂量调节的方法在HIFU剂量投放的准确性上存在着不足，单独应用此方法作为剂量投放的标准不利于HIFU技术的发展。　　目的：　　HIFU生物学效应的产生取决于到达焦点处的声能与靶区组织之间的相互作用，而焦点处的声能则与聚焦超声换能器的输出声功率、通道组织的声衰减以及辐照时间相关。声通道组织的结构和声学特性存在较大的个体差异，而腹壁作为HIFU治疗中最常见的声通道组织，由皮肤，脂肪，肌肉等构成。它们的解剖结构，声学特性各异。我们能否找到一种可以准确评估HIFU经腹壁多层组织传播衰减的方法，从而为临床医生在HIFU治疗剂量的投放选择上提供可以参考的依据，最终实现对焦点处声能沉积以及产生的生物学效应进行控制的目的。　　方法：　　1. HIFU声场测量：实验装置主要由光纤水听器、水听器控制器、三维运动系统、内壁贴满吸声材料的水箱、功率源、计算机构成。聚焦超声换能器参数：型号201012-11，直径220mm，频率0.95Hz，焦距145mm，-6dB焦域长轴9mm，短轴1.3mm。选取新鲜离体猪腹壁组织，包括皮肤层、脂肪层和肌肉层，常规脱气30分钟后备用。实验前校对光纤水听器，调节水听器的放置位置，使水听器与聚焦超声换能器处于声学共轴状态。通过声场测量系统控制三维运动装置，进一步精细调节水听器的位置，找到所使用的聚焦超声换能器的声学焦点位置。首先测量自由场中聚焦超声换能器的声场分布，然后测量声通道上放置猪腹壁组织后的聚焦换能器声场分布，换能器焦点距离猪腹壁组织皮肤表面为100mm，确保换能器所发出的所有超声束都能通过猪腹壁多层组织。　　2. B超测量猪腹壁组织各层的厚度：将猪腹壁组织固定于聚焦超声治疗头上方并与治疗头表面平行，调节猪腹壁组织使其皮肤表面与焦点间的距离为60mm，同时猪腹壁组织完全浸没于脱气水中。调节诊断超声增益，使猪腹壁组织各层结构在B超图像上清晰成像。使用B超仪器自带的图像测量软件，每隔10mm一个层面，测量一次猪腹壁组织各层厚度，将测量所得数据各层分别取平均数，得到猪肉组织每一层的平均厚度。　　3.获得腹壁多层组织的声衰减：实验首先利用KZK方程分别对HIFU透过脱气水及不同厚度猪腹壁组织后的声压分布进行了理论计算。对-6dB焦域内的声压值进行公式换算，得到HIFU经多层组织传播衰减后的-6dB焦域内空间平均声强值。由公式α1=10lg(I0/I1)得到HIFU经猪腹壁的总衰减值α1；根据多层组织声衰减公式计算得到HIFU经腹壁后的总声衰减值α2；采用插入取代式脉冲传输法测量猪腹壁组织的总声衰减值α3。当换能器输出声功率为300W时，自由场中I0=12370W/cm2，将HIFU经腹壁后的总声衰减值α1、α2、α3分别带入公式(此处公式省略）计算得到I1、I2、I3。　　4. HIFU定点辐照实验：HIFU透过猪腹壁组织后定点损伤离体新鲜牛肝，腹壁组织在声通道上的位置同B超厚度测量时的位置一致。将一个底部用0.1 mm厚塑料薄膜封装的盛放样品的支架水平放置于猪腹壁组织的上方，其内盛装离体新鲜脱气牛肝，样品支架及牛肝均浸没于脱气水中，调节支架高度，使焦点深度置于牛肝内20mm。以焦点声强I0=12370W/cm2（脱气水中），辐照时间9S的超声剂量定点辐照新鲜牛肝组织。HIFU定点损伤离体新鲜牛肝，将样品支架放置于治疗头表面水平位置，其内盛装离体新鲜脱气牛肝，支架及牛肝均浸没于脱气水中。调节支架高度，使焦点深度置于牛肝内20mm。以焦点处声强分别为I1、I2、I3（脱气水中）时，辐照时间9S的超声剂量定点辐照新鲜牛肝组织，辐照结束后沿凝固性坏死块最大面剖开，直视下用数码像机拍摄其带标尺的图像，使用Photoshop软件测量凝固性坏死块的最大长短径并计算体积。　　结果：　　1.猪腹壁组织的厚度分布从22 mm-48mm不等，当不同厚度的猪腹壁组织位于声传播通道上时，聚焦超声换能器焦点处的声压辐值相较于脱气水中下降了40％-60%，由此可见超声波透过腹壁组织传播所发生的声能衰减较大，当腹壁组织的厚度接近50mm时，焦点的声压值下降了近60%。不同厚度猪腹壁组织位于声通道上时，均使聚焦超声换能器的焦点发生位移，在XY面上，焦点的位移大致为0.2-0.5mm，测量精度为±0.1mm。且腹壁组织的厚度越厚，焦点偏移的距离越大。在Z轴上，焦点最大的位移距离为1mm，测量精度为正负0.5mm。相对于聚焦换能器9mm的长轴尺寸来说，Z轴上发生的位移较之XY面的位移要小。穿过不同厚度的猪腹壁组织后，声压的波束形态基本与自由场一致，-6dB焦域尺寸无明显变化，声压分布与自由场接近。　　2.通过三种不同方法计算得到的声通道存在猪腹壁组织时的焦域处声强与自由场中焦域处声强的比值随着猪腹壁组织厚度的增加，逐渐下降。而同一厚度的腹壁组织三组比值之间差距很小。不同厚度的腹壁组织之间，声衰减系数有统计学差异。HIFU透过腹壁多层组织后辐照牛肝形成的凝固性坏死的体积随着腹壁组织的厚度增加而明显减小，腹壁组织厚度增加约2.5倍时，形成的凝固性坏死体积约减小5.5倍。使用多层组织衰减公式计算得到的衰减后声强单独辐照牛肝，形成的凝固性坏死体积与HIFU透过腹壁多层组织后辐照牛肝形成的凝固性坏死的体积之间没有统计学差异，而使用另外两种方法得到的衰减后声强单独辐照牛肝，形成的坏死体积与透过腹壁多层组织后辐照牛肝形成的凝固性坏死的体积比较，则各有一次结果存在统计学差异。　　结论：　　1.不同厚度的猪腹壁组织位于声通道时，均使HIFU的声焦域位置发生改变，其中XY面的位移较显著，并随着腹壁组织的厚度增加而增大，在HIFU治疗计划的制定中应充分考虑到这一点。　　2.HIFU通过厚度约2-5cm的猪腹壁组织后的声压辐值均有明显下降，而透过组织后的声压分布与自由场相比没有明显变化。　　3.使用三种计算方法对HIFU透过猪腹壁多层组织后的声衰减进行预测，同一厚度的腹壁组织三种计算结果之间差异较小，不同厚度的腹壁组织之间，声衰减系数有统计学差异。　　4.HIFU透过腹壁多层组织后辐照牛肝形成的凝固性坏死的体积随着腹壁组织的厚度增加明显减小，腹壁组织厚度增加约2.5倍时，形成的凝固性坏死体积约减小5.5倍。　　5.在本实验条件下，HIFU经过厚度为20-50mm的离体猪腹壁组织后产生的声衰减以线性衰减为主，使用多层组织衰减计算公式可以对其进行准确预测。