高强度聚焦超声(High intensity focused ultrasound,HIFU)技术作为一种新型无创或微创体外治疗技术,近年来在肿瘤治疗领域取得了突破性进展。但由于治疗靶区温度分布的无创测定和实时监控等问题尚未解决,且治疗大血管周边的肝肿瘤时,血液流动使得治疗靶区温度分布更加复杂,使得肿瘤组织残留或者血管的损伤等临床治疗问题发生的可能性增大。研究目的为了预测大血管内血流对HIFU肝肿瘤治疗的影响,通过数值模拟血管不同位置和血流速度对HIFU辐照形成60℃以上可治疗焦域的影响,为HIFU肿瘤治疗的临床治疗计划制定提供理论数据和参考依据。研究方法结合HIFU治疗临床实际,以HIFU治疗血管周边肿瘤为例建立三维仿真模型,利用Westervelt声传播方程及Pennes生物热传导方程,用时域有限差分法(finite difference time domain,FDTD)三维数值仿真HIFU辐照形成的温度场。并根据HIFU治疗过程中连续波的激励以及形成稳定声压场的特性,改进数值仿真声压场与温度场不同仿真空间和时间步长的数值仿真方法进行数值仿真。研究结果(1)管径6mm的血管位于声轴上治疗靶区前端经HIFU辐照形成60℃以上可治疗焦域的时间均略早于血管位于治疗靶区后端的情况,且可治疗焦域的体积略大于血管位于治疗靶区后端。(2)与无血管情况相比,直径为12mm的球形肿瘤外部、声轴上治疗靶区后端的6mm血管其血流对可治疗焦域的影响可忽略不计;但是当60℃以上区域扩大到血管所在位置周边时,血流冷却效应使得温度扩散受阻。(3)血管位于声轴上时,相对于其血流对可治疗焦域的影响作用,在相同辐照时间下治疗靶区在肿瘤内不同位置时形成可治疗焦域的差异更显著。(4)当血管位于声轴上治疗靶区前端且紧靠肿瘤边缘的条件下,血管管径由2mm增大到8mm时,治疗靶区的最高温度和可治疗焦域体积均随着血管管径的增大而呈增大趋势,且均大于无血管的情况。(5)当管径为6mm的血管位于换能器与治疗靶区之间的声轴上时,随着血管的位置由换能器向治疗靶区方向靠近,治疗靶区内焦点温度呈增大趋势,且均略大于无血管时;当血管壁右端进入治疗靶区内部时,可治疗焦域明显缩小且血管内部及其周边组织温度低于60℃,治疗靶区的最高温度由预定焦点位置转移到血管壁附近位置。(6)在考虑不同血流速度的条件下,当管径为2mm的血管位于治疗靶区内部时,有无血流速度对可治疗焦域的形成有较显著影响,而在已有流速基础上增大血流速度时,HIFU可治疗焦域的形状大小不发生明显变化。(7)当治疗靶区位于肿瘤中心位置时,肿瘤附近非轴上6mm的血管无论有无血流速度对可治疗焦域的影响均可忽略不计。(8)当治疗靶区中心距肿瘤边缘为2mm时,靠近换能器端的正常肝组织温度升高到60℃以上,而有血流时其周边组织温度超过60℃部分略有缩小。(9)当治疗靶区中心距离肿瘤边缘1mm时,肿瘤周边的正常肝组织的温度超过60℃以上部分的范围相较于距离为2mm时更大,此时靠近治疗靶区的血管可明显缩小60℃以上区域,血管内有无血流速度对60℃以上区域的影响作用差异明显。结论1.当血管位于声轴上、且不在可治疗焦域内时,血管位于换能器与治疗靶区之间时对可治疗焦域的影响不可忽略,且随着血管管径的增加其影响越明显;而血管位于治疗靶区后端时其影响可忽略。2.当血管位于非声轴上且邻近治疗靶区时对HIFU可治疗焦域的形状、大小以及形成的位置均有影响,且血管位置的影响作用大于血流速度的影响;血流有较明显的冷却效应。3.当血管位于治疗靶区内部时,血流速度对HIFU形成可治疗焦域的影响显著。4.治疗靶区在肿瘤内的不同位置形成的可治疗焦域有显著差异。