FDTD仿真优化体外冲击波碎石焦点特性

本文主要探讨的是体外冲击波碎石(Extracorporeal Shock Wave Lithotripsy, ESWL)焦点区域的时域有限差分法数值仿真技术。这项研究由菅喜岐、刘东顺、史启铎、谭中和王建民等人合作完成，他们分别来自天津医科大学生物医学工程系和天津医科大学第二医院。ESWL是一种常用的非侵入性结石治疗手段，通过体外发射高强度脉冲超声波或冲击波，使结石在体内特定区域受到冲击而碎裂，随后由尿液排出。 然而，ESWL治疗过程中存在着潜在的并发症风险，如尿血、肾血肿甚至肾破裂，这些都与焦点区域的形状、大小、位置以及声压分布密切相关。因此，对这些参数的精确控制至关重要。作者利用他们之前提出的有限差分时间域(Finite Difference Time Domain, FDTD)方法，这是一种数值模拟技术，用于模拟超声波在非线性介质中的传播。这种方法允许研究人员在计算机上模拟真实的超声波能量传输情况，从而预测焦点区域的特性。 本文的核心部分是通过将Reichenberger的ESWL实验作为案例，对焦点附近声压分布进行了数值仿真，研究了焦点区域的尺寸、形状以及其对周围组织的影响。这有助于优化治疗方案，减少并发症的发生，提高治疗效果。此外，文中指出当前临床实践中，由于缺乏精确的个体化参数调节，往往依赖于经验和预设参数，这限制了ESWL治疗的精确性和安全性。 关键词：体外冲击波碎石、FDTD、脉冲超声波的非线性传播。文章的中图分类号为Q681，文献标识码为A，强调了这项研究对于改进ESWL疗法临床实践的重要性和必要性。通过这样的数值仿真分析，未来有望实现更精准的焦点定位和能量控制，从而提升患者治疗体验和疗效。