Olib keladi [1]

Lineer va chiziqli bo'lmagan isitish effektlari
Ko'pgina klinik dasturlarda HIFU transduserlari sinusoidal ravishda 0,5–8 MGts oralig'ida bitta chastotada hayajonlanadi. Agar hosil bo'lgan tovush to'lqini to'qima orqali chiziqli ravishda tarqaladigan bo'lsa, unda isitish stavkalari tushayotgan ultratovush intensivligiga va mahalliy assimilyatsiya koeffitsientiga bog'liq. Shunday qilib, samarali isitish tezligini ultratovush bilan isitish va qon tomirlari perfuziyasi tufayli issiqlik yo'qotilishini hisobga olish uchun manba va lavabo shartlariga ega bo'lgan standart issiqlik o'tkazuvchanligi tenglamasi yordamida taxmin qilish mumkin [87], [94–96].
Shu bilan birga, assimilyatsiya koeffitsientining chastotaga bog'liqligi shuni anglatadiki, tovush maydonida yuqori chastotali komponentlarni keltirib chiqaradigan har qanday chiziqli bo'lmagan mexanizmlar ham isitishni kuchaytiradi. Bunday ikkita mexanizmni osongina aniqlash mumkin: chiziqli bo'lmagan to'lqin tarqalishi [97] va kavitasyon [98].
Katta amplitudali bir chastotali tovush to'lqini nochiziqli muhit orqali tarqalganda to'lqin shakli asta-sekin zarba beradi, natijada 2-rasmda ko'rsatilgandek fundamental chastotadan energiya uning yuqori garmonikalariga oqib chiqadi. Bunday qochqinning sodir bo'lish darajasi hodisa to'lqinining amplitudasiga, odatda b/a parametri bilan tavsiflangan muhitning chiziqsizligigava to'lqin tomonidan muhitga o'tgan masofaga bog'liq. Parametr B / A Teylor seriyasidagi kvadratik va chiziqli atamalar koeffitsientlari nisbati bilan mutanosib bosimning o'zgarishini kengaytirish b/a aksariyat yumshoq to'qimalar uchun distillangan suvga yaqin, ammo yog ' uchun har qanday yumshoq to'qimalardan deyarli ikki baravar ko'p [97]. Kontekstida HIFU, chiziqli bo'lmagan effektlar davolash chuqurligi oshgani sayin tobora muhim ahamiyat kasb etadi yoki agar yuqori intensivlik mintaqasi yog ' to'qimalarining qatlami bilan tasodifan sodir bo'lsa, izentropik sharoitda zichlikning o'zgarishi bo'yicha muhitda ko'rsatilgandek [97]. Berilgan muhitdagi katta amplitudali tekislik to'lqinining tovush tezligi, c, shu muhitdagi kichik amplitudali to'lqinning C 0 tezligi bilan bog'liq c = c₀ + 0.5(B/A)u, bu yerda u zarracha tezligi. Jismoniy jihatdan, parametr b / a shuning uchun kichik signalli tovush tezligiga etakchi tartibli cheklangan amplituda tuzatishning nisbiy ahamiyatini aniqlaydi c₀ va shu bilan manbada sinusoidal bo'lgan tekislik to'lqini uchun zarba hosil bo'lish masofasini aniqlaydi [97].
2-rasm. Superpozitsiya ustiga HIFU davolash geometriyasi odatda eksenel HIFU bosim profilining (a) va chastota tarkibining diagrammatik tasviri, f, ning HIFU to'lqini (b-d) u to'qima orqali tarqalganda. (a) vakili eksenel bosim tarqatish (suvda bir hidrofon yordamida xarakterlanadi) odatda, bir HIFU Konverter uchun. Katta tepalik HIFU transduserining fokal mintaqasini belgilaydi, uning ichida termal shikastlanish bo'lishi kutilmoqda. Prefokal cho'qqilar ham mavjudligini ko'rish mumkin, agar ular juda chiziqli bo'lmagan yoki yuqori assimilyatsiya koeffitsientiga ega bo'lgan to'qima mintaqasi bilan qoplansa, prefokal isitishni keltirib chiqarishi mumkin. HIFU transduseri odatda sinusoidal ravishda bitta chastota bilan hayajonlanadi, f₀, natijada monoxromatik to'lqin (b). Ushbu to'lqin chiziqli bo'lmagan muhit orqali o'tayotganda superharmonik oqish sodir bo'ladi (c) va bu yuqori harmonikalarda energiya osonlikcha so'riladi va issiqlikka aylanadi. Va nihoyat, agar inertial kavitatsiya sodir bo'lsa (odatda, lekin fokal mintaqada shart emas), qulab tushayotgan mikrobubbles voqea energiyasining bir qismini juda tez va juda mahalliy ravishda so'rilib, issiqlikka aylanadigan keng polosali shovqin chiqindilariga (d) aylantiradi.

Displey to'liq hajmi
Ko'pgina yumshoq to'qimalar uchun b/a parametri distillangan suvga yaqin, ammo yog ' uchun har qanday yumshoq to'qimalardan deyarli ikki baravar ko'p [97]. HIFU kontekstida davolash chuqurligi oshgani sayin yoki yuqori intensivlikdagi mintaqa yog ' to'qimalarining qatlami bilan mos keladigan bo'lsa, chiziqli bo'lmagan ta'sirlar tobora muhim ahamiyat kasb etadi (2-rasm). Odatda, hifuda ishlatiladigan intensivlikda chiziqli bo'lmagan tarqalish kuzatilgan isitish uchun muhim hissa qo'shadi.
Katta amplitudalarda ultratovush to'lqinining eng yuqori kam uchraydigan bosimi bug ' va atrofdagi muhitda dastlab erigan gazning bir qismini o'z ichiga olgan kichik bo'shliqlar uchun etarlicha katta bo'lishi mumkin. Bo'shliq shakllanishi, shuningdek, to'qimadagi harorat qaynoq haroratga yaqinlashganda, (odatda katta) bug ' pufakchalari hosil bo'lganda, faqat issiqlik ta'siridan kelib chiqishi mumkin. Ovoz maydoni ta'sirida barcha bunday bo'shliqlarning harakati sifatida tanilgan akustik kavitatsiya, bu odatda barqaror va inertial deb tasniflanadi [98]. Kuzatilgan kavitatsion faollik turi, birinchi tartibda, insonatsiya chastotasidagi chiziqli rezonans kattaligiga nisbatan qabariq kattaligiga bog'liq [98] va qabariq ichida umumiy bosim bug ' va gaz bosimi nisbiy hissasi haqida [99] barqaror kavitatsiya hajmi odatda rezonans kattaligiga yaqin yoki undan katta bo'lgan bo'shliqlarning barqaror tebranishlarini tavsiflaydi insonatsiya chastotasi, natijada bo'shliq devorining davriy ikki baravar tebranishiga olib kelishi mumkin. Inertial kavitatsiya rezonansli kattalikning uchdan bir qismiga yaqin boshlang'ich kattalikdagi bo'shliqning portlovchi o'sishini va atrofdagi suyuqlikning inertsiya ta'siri ostida uning keyingi zo'ravon qulashini tavsiflaydi. Inertial qulashlar odatda bitta yoki oz sonli akustik tsikllarda sodir bo'ladi va natijada keng polosali shovqin chiqindilari.
Kavitatsiyaning kengaytirilgan isitish uchun ahamiyati keng e'tirof etilgan [99-106] va keng ma'noda ikkita asosiy mexanizmga tegishli bo'lishi mumkin. Agar bosim amplitudasi kavitatsion faollik uchun etarlicha katta bo'lsa, barqaror yoki inertial bo'lsin, to'qima hajmida mavjud bo'lsa, unda bu ko'p pufakchalar bilan voqea to'lqinining kuchli tarqalishi akustik energiyani kavitatsiya mintaqasida "tuzoqqa tushishiga" olib keladi. Bu tuzoqqa tushgan ortiqcha energiyaning yopishqoq singishi tufayli ushbu mintaqada isitishning kuchayishiga olib keladi. Inertial kavitatsiya holatida, zo'ravon pufakchaning qulashi natijasida 2-rasmda ko'rsatilgandek, qabariq tomonidan asosiy HIFU chastotasida qabul qilingan energiya keng polosali shovqin chiqindilariga qayta taqsimlanadi. Absorbsiya koeffitsientining chastotaga bog'liqligi shuni anglatadiki, yuqori chastotali chiqindilar osonroq so'riladi va susayadi, bu esa inertial kavitatsiya qiluvchi pufakchaning bevosita yaqinida issiqlik birikmasini kuchayishiga olib keladi. HIFU maydonida kavitatsiya sodir bo'ladigan mintaqani samarali singdirish va susayish koeffitsientlari oshgan deb hisoblash mumkin. Bundan tashqari, pufakchalarning mavjudligi to'qima hajmining akustik empedansining o'zgarishiga olib keladi va kavitatsion mintaqa chegaralarida katta aks ettirish koeffitsientlarini beradi. Har qanday muhitda ushbu koeffitsientlarning birortasining nisbiy o'sishi birinchi navbatda qabariq sonining zichligiga, qabariq o'lchamlari oralig'iga va hayajonlanadigan kavitatsiya faolligi turiga bog'liq bo'ladi.
Chiziqli bo'lmagan tarqalish va kavitatsiya tufayli yaxshilangan isitishning nisbiy ahamiyatini baholashda ortiqcha bosim yordamida kavitatsiya faoliyatini bostirishga urinish orqali ko'p harakatlar kengaytirildi va ularni ikkita asosiy mexanizmga kiritish mumkin. Agar bosim amplitudasi kavitatsion faollik uchun etarlicha katta bo'lsa, barqaror yoki inertial bo'lsin, to'qima hajmida mavjud bo'lsa, unda bu ko'p pufakchalar bilan voqea to'lqinining kuchli tarqalishi akustik energiyani kavitatsiya mintaqasida "tuzoqqa tushishiga" olib keladi. Bu tufayli ushbu mintaqada isitishning kuchayishiga olib keladi yopishqoq singdirish tuzoqqa tushgan ortiqcha energiya, asosan, qabariq va atrofdagi muhit orasidagi yopishqoq chegara qatlamida paydo bo'ladi. Faqatgina inertial kavitatsiya holatida zo'ravon pufakchaning qulashi qabariq tomonidan qabul qilingan energiyani fundamental HIFU chastotasida keng polosali shovqin chiqindilariga qayta taqsimlashga olib keladi. Absorbsiya koeffitsientining chastotaga bog'liqligi shuni anglatadiki, yuqori chastotali chiqindilar osonroq so'riladi va susayadi, bu esa inertial kavitatsiya qiluvchi pufakchaning bevosita yaqinida issiqlik birikmasini kuchayishiga olib keladi. HIFU maydonida kavitatsiya sodir bo'ladigan mintaqani samarali singdirish va susayish koeffitsientlarini oshirgan deb hisoblash mumkin. Bundan tashqari, pufakchalarning mavjudligi to'qima hajmining akustik empedansining o'zgarishiga olib keladi va kavitatsion mintaqa chegaralarida katta aks ettirish koeffitsientlarini beradi. Har qanday berilgan muhitda o'sha koeffitsientlardan birortasining nisbiy o'sishi, birinchi navbatda, pufak soni zichligiga, pufak kattaliklari oralig'iga va kavitasiya aktivligining qo'zg'alish turiga bog'liq bo'ladi [99].
Chiziqli bo'lmagan tarqalish va kavitatsiya tufayli yaxshilangan isitishning nisbiy ahamiyatini baholashda ortiqcha bosim yordamida kavitatsiya faolligini bostirishga urinish yoki turli xil kavitatsion rejimlar tomonidan ishlab chiqarilgan isitishni nazariy va eksperimental ravishda o'rganish orqali va to'qimalarning viskoelastik xususiyatlarining qabariq dinamikasi va kavitatsiyasiga ta'siri bo'yicha ko'p kuch sarflandi. to'qimalarning viskoelastik xususiyatlarini qabariq dinamikasiga ta'siri haqida. Bundan tashqari, to'qima harorati o'zgarishining kavitatsiya chegaralariga va qabariq faolligiga ta'siri yomon tushuniladi. Biroq, ma'lumki, suvning qaynash nuqtasiga yaqinlashayotgan haroratda bug ' bosimining oshishi bilan inertial qabariq qulashiga yo'l qo'yilmaydi.
Hozirgi vaqtda HIFU davolash uchun klinik jihatdan qo'llaniladigan intensivliklarda to'qimalarda, ehtimol inertial kavitatsiya va chiziqli bo'lmagan tarqalish muhim rol o'ynaydi. Berilgan bosim amplitudasida ushbu ikki mexanizmning nisbiy hissasi kavitatsiya chegarasiga, to'qima haroratiga, ultratovush tarqalishi masofasiga va ultratovush tarqalish yo'lida yotgan to'qimalarning B/a ga bog'liq bo'ladi.