高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound, HIFU)是一种非侵入式的新型治疗技术,目前己应用于多种肿瘤以及非肿瘤疾病的治疗。HIFU治疗依赖于组织对超声能量的吸收,但更大的组织声吸收也意味着更快的衰减和有限的组织穿透距离。因此,在临床治疗深部的肿瘤时,选择合适的超声频率以平衡组织热吸收效率和超声穿透距离这两个因素,从而达到最大的组织热损伤是一个非常重要的问题。本文基于KZK方程和分层介质模型计算了超声在层状生物组织中的非线性传播,利用HIFU换能器声场扫描实验来验证计算结果。基于Pennes生物热传导方程求解了组织中的温度分布,并考虑组织声速和衰减系数随温度的变化；利用等效热剂量模型计算组织中的热剂量,并选择30EM作为产生热损伤的阈值。利用HIFU辐照离体牛肝组织形成凝固性坏死的实验来验证数值计算热损伤范围的方法。本文计算模型中使用开口外径22 cm内径8 cm焦距16 cm的球壳式自聚焦换能器,在声输出总功率为400 W条件下,声束透过皮肤、脂肪、肌肉三层组织后聚焦于靶区肝组织中。选取了不同的靶区深度即焦点到皮肤表面深度(5,7,10,15 cm),不同的超声频率(0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6MHz),计算了每个靶区深度条件下不同的超声频率对于焦域尺寸、最大声强、最大热吸收率和损伤体积的影响,分析了这些量随频率变化的原因。同时还计算了焦点处谐波滋生系数和机械指数随频率的变化,分析了机械效应对于组织损伤的影响。声场扫描实验结果与仿真计算结果吻合较好；离体牛肝实验中,在靶区声强较低的情况下,实验结果与仿真计算吻合较好,在靶区声强较高的情况下,实验结果大于仿真计算,这是由于本文仿真计算模型未考虑空化和微泡对于组织机械及热损伤的贡献。对于同一靶区深度,随着超声频率的增加,焦域-6dB尺寸剧烈减小；对于同一超声频率,随着靶区深度的增加,焦域-6dB尺寸几乎不变。随着超声频率的增加,焦域处最大声强、最大热吸收率、损伤体积均出现了先增大后减小；对于不同靶区深度,达到各个量最大值的最优频率均不一样。在不同靶区深度(5,7,10,15 cm)达到最大的热吸收的最佳频率分别为1.5 MHz、1.3 MHz.1.1 MHz和0.9MHz,达到最大损伤体积的最佳频率分别为0.8 MHz、0.7 MHz.0.7 MHz和0.6 MHz。随着超声频率的增加,谐波滋生系数先增大后减小,在某一频率取得最大值；机械指数线性下降,发生空化的几率减小。综合考虑靶区组织的热吸收效率、组织热损伤体积和机械指数等因素,在治疗深部肿瘤时,需要选择较低的超声频率,以获得较大的热损伤和机械作用,且这个超声频率可以使用仿真模型计算得到。