Comparing the Influence of Different-Order HIFU Harmonic Superposition on Focal Temperature of Biological Tissue
محل انتشار: مجله فیزیک پزشکی ایران، دوره: 22، شماره: 4
سال انتشار: 1404
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: انگلیسی
مشاهده: 9
فایل این مقاله در 11 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد
- صدور گواهی نمایه سازی
- من نویسنده این مقاله هستم
استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:
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 :