题目：高强度聚焦超声技术及聚焦超声换能器的研究

高强度聚焦超声（High intensity focused ultrasound简称HIFU）技术起源于20世纪40年代，其基本原理是利用超声声束的可汇聚性和可穿透性等物理特点，通过一定的方式使超声波透过体表后聚集在病灶组织上，经过细胞与超声的相互作用，在病灶组织内产生不可逆转的凝固性坏死，从而达到治疗目的。该技术以其无创、无害、安全、有效等优势得到了国内外许多学者、医生及广大患者的重视和关注。目前，HIFU技术已在泌尿学、肿瘤学、神经外科、妇科、眼科等医学领域中被广泛应用和推广。
HIFU技术的核心器件是换能器。换能器的任务是将电信号转换为超声波信号，并通过一定的方式使超声能量高度集中在病灶部位，形成很高的聚焦超声能量，使病灶组织产生不可逆转的凝固性坏死。大量试验表明，聚焦超声换能器的制作材料、型状和结构等对确保良好的聚焦波束特性至关重要。目前常用的换能器一般都是采用压电陶瓷、压电复合等材料制成的。在高强度声聚焦换能器中多采用凹球面自聚焦、声透镜聚焦和电子相控阵等方式聚焦。凹球面自聚焦换能器的优点是可以根据不同深度进行调整，工作时一般采用机械扫描方式，相对有着成熟的分析和设计方法，是一种简单而常被采用的聚焦方式。声透镜聚焦系统可根据临床需求实现焦距的变化，在声源尺寸要求较小和浅表情况下具有优势。相控阵聚焦换能器是通过电子调相，利用超声波换能器阵列探头来实现超声聚焦，这种聚焦方式的主要优点是不需要机械移动，扫描速度快，精确度高，而且可以根据肿瘤的大小和位置来设定聚焦方式，可以方便的调节焦距、焦斑大小和焦斑强度，因此在临床治疗中有很强的实用价值；缺点是电子控制线路庞大而复杂，在一定程度上限制了其发展与应用。
为提高HIFU技术的治疗效果，大量研究工作者围绕改进换能器材料、优化聚焦系统等方面进行了卓有成效的理论研究和临床实验。如用1-3型压电复合材料来解决单元凹球壳形换能器沿辐射表面传播的板波附加辐射所引起的近场干扰问题；用环形薄透镜代替单元平板附加透镜式换能器，以减弱凹透镜外边沿厚度引起的附加衰减及相位变化问题；用随机稀疏布阵来克服多元相控阵换能器中因规律排列引起的旁瓣及栅瓣效应问题等。
本文采用文献分析法和比较分析法，从高强度聚焦超声HIFU技术的起源和发展入手，系统分析该项技术的治疗原理、特点、优势及该技术在医学领域中的试验研究和临床应用情况。通过对HIFU技术中的核心部件——聚焦换能器及聚焦换能器系统的制作材料、聚焦原理、声场分布特性等方面进行对比研究，提出了换能器的优化设计方案和今后可能的发展方向。