Comparing the Influence of Different-Order HIFU Harmonic Superposition on Focal Temperature of Biological Tissue

سال انتشار: 1404
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: انگلیسی
مشاهده: 9

فایل این مقاله در 11 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این مقاله:

شناسه ملی سند علمی:

JR_IJMP-22-4_008

تاریخ نمایه سازی: 12 آذر 1404

چکیده مقاله:

Introduction: While high-intensity focused ultrasound (HIFU) is widely used for non-invasive tumor ablation, current models fail to account for the cumulative energy contributions of nonlinear harmonics (up to the ۲۵۶th order), significantly limiting treatment precision. This study quantifies the role of harmonic superposition (۱st+۲nd+…+۲۵۶th order) in regulating HIFU-induced focal temperature and establishes an optimized harmonic combination to enhance clinical parameter design.   Material and Methods: A coupled acousto-thermal model, validated against MRI thermometry, was developed by solving the Westervelt equation and Pennes bioheat equation to simulate nonlinear acoustic propagation and transient temperature fields in ex vivo porcine muscle under HIFU irradiation. Results: The ۱st+۲nd+...+۱۲۸th harmonic superposition model achieved <۲.۲% error in focal temperature prediction across all tested power levels (۸۰–۲۰۰ W), with errors of ۱.۶% at ۸۰ W (۴۸.۱۸ °C simulated vs. ۴۷.۹۶ °C measured), ۱.۱% at ۱۴۰ W (۶۶.۰ °C vs. ۶۵.۳۱ °C), ۱.۸% at ۱۶۰ W (۷۷.۷۸ °C vs. ۷۶.۳۸ °C), and ۲.۲% at ۲۰۰ W (۸۲.۲۵ °C vs. ۸۴.۱۱ °C). Mid-order harmonics (۲nd–۶۴th) contributed ۷۵–۸۰% of energy deposition, while high-order harmonics (>۱۲۸th, e.g., ۲۵۶th at ۲۷۶.۴۸ MHz) exhibited severe attenuation (۱۳۵× higher than the fundamental wave). The linear propagation model (fundamental frequency only) underestimated temperatures by ۴.۸-۲۳.۹%, highlighting the necessity of nonlinear harmonic inclusion. Conclusion: This work establishes a harmonically optimized framework for HIFU treatment planning, addressing a critical gap in nonlinear acoustic modeling and enabling safer, precision thermal therapy.

کلیدواژه ها:

High ، Intensity Focused Ultrasound Harmonic Temperature Thermal Therapy Nonlinear

نویسندگان

HU DONG

School of Information Science and Engineering, Changsha Normal University, Changsha ۴۱۰۱۰۰, China

GANG LIU

School of Information Science and Engineering, Xinyu University, Xinyu, ۳۳۸۰۰۴, China

Xilong Qu

School of Information Science and Engineering, Changsha Normal University, Changsha ۴۱۰۱۰۰, China

مراجع و منابع این مقاله:

لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :
  • Wessapan T, Keangin P, Rattanadecho P, Somsuk N. Comparative analysis ...
  • Rohfritsch A, Barrere V, Estienne L, Melodelima D. ۲D ultrasound ...
  • Cambronero S, Dupré A, Mastier C, Chen Y, Hamelin O, ...
  • Guntur SR, Choi M. Influence of temperature-dependent thermal parameters on ...
  • Wang M, Zhou Y. Simulation of non-linear acoustic field and ...
  • Tan Q, Zou X, Ding Y, Zhao X, Qian S. ...
  • Wang M, Lei Y, Zhou Y. High-intensity focused ultrasound (HIFU) ...
  • Zou X, Dong H, Qian SY. Influence of dynamic tissue ...
  • Takagi R, Yoshinaka K, Washio T, Koseki Y. A visualization ...
  • Li C, Chen S, Wang Q, Li H, Xiao S, ...
  • Dong H, Liu G, Peng G. Numerical simulation of the ...
  • Luan S, Ji Y, Liu Y, Zhu L, Zhou H, ...
  • Xu P, Wu H, Shen G. Characterization of weakly nonlinear ...
  • Zheng Y, Maev RG, Solodov IY. Nonlinear acoustic applications for ...
  • Varray F, Ramalli A, Cachard C, Tortoli P, Basset O. ...
  • Roohi R, Baroumand S, Hosseinie R, Ahmadi G. Numerical simulation ...
  • Zhao P, Wang Y, Tong S, Tao J, Sheng Y. ...
  • Qi M, Liu J, Mao Y, Liu X. Temperature rise ...
  • Mortazavi S, Mokhtari‐Dizaji M. Numerical study of high‐intensity focused ultrasound ...
  • Dong H, Liu G, Tong X. Influence of temperature-dependent acoustic ...
  • Solovchuk MA, Hwang SC, Chang H, Thiriet M, Sheu TW. ...
  • Aubry JF, Bates O, Boehm C, Butts Pauly K, Christensen ...
  • Kinsey AM, Diederich CJ, Rieke V, Nau WH, Pauly KB, ...
  • Bernard S, Kazemirad S, Cloutier G. A frequency-shift method to ...
  • Wei C, Zhang H, Fan H, Wang P, Peng D, ...
  • Karlinsky KT, Ilovitsh T. Ultrasound frequency mixing for enhanced contrast ...
  • Mortazavi S, Mokhtari-Dizaji M. Threshold of linear and non-linear behavior ...
  • Hussain M, Kaassamani S, Auguste T, Boutu W, Gauthier D, ...
  • Gnawali S, Ghimire R, Magar KR, Hossaini SJ, Apalkov V. ...
  • نمایش کامل مراجع