调频激励增强微气泡的次谐波理论和实验研究

超声造影剂的次谐波成像可以提高造影组织比，提供更好的图像质量. 提出一种利用调频脉冲激励以增强造影剂微气泡产生的次谐波新方法. 基于修正的Church方程，从理论上讨论了次谐波的产生与调频激励声压的关系及产生阈值，并且实验证实了优化调频信号的带宽及调频时间可以提高次谐波信号幅度及改善主瓣和旁瓣特性. 理论与实验表明，与传统脉冲信号激励相比，调频信号激励产生的次谐波幅度可提高约22dB. 关键词： 调频激励 超声造影剂 微气泡 次谐波     

包膜超声造影微泡次谐波特性的优化设计与实验研究

基于包膜超声造影微泡在超声场中的理论振动模型,对其次谐波特性进行优化设计,从理论上计算和分析了微泡粒径、膜弹性及声压等对微泡次谐波响应的影响,以期获得其用于非破坏性次谐波成像的最佳条件。另外通过改变膜材料的配比, 制备了具有不同膜弹性的超声造影微泡,对其声学特性进行了体外声学实验测定。仿真计算和实验结果表明,在合适的膜材料配比条件下,制得的平均粒径为3μm左右的包膜微泡,可获得满意的次谐波响应,并且其用于非破坏性次谐波成像时的最佳工作声压约200-400 kPa。     

奇异值分解滤波器在超声造影成像的应用及性能分析*

信噪比和造影-组织残留比是衡量造影性能的主要指标,现有提升方法多从频域入手,存在两个缺陷:噪声、组织残留与造影剂信号存在频带重叠时(如二次谐波),频域滤波性能受限;虽然非线性基波、次谐波等方法可解决频带重叠问题,但面对前端电路非对称性及信号饱和导致的组织残留,仍难在频域进行滤除。奇异值分解滤波器是一种非频域方法,可将接收信号分解成若干空时域子空间,通过对子空间进行保留及重组,可提取微泡且滤除噪声与组织残留。该文研究了该类滤波器在造影成像的应用,并采用性能分析实验论证了其可行性与优越性。     

生物组织成像中用反相位脉冲技术提高二次谐波信噪比的研究

本文基于有限振幅声波在介质中的非线性传播理论,分析了反相位脉冲技术对生物组织中二次谐波增强的原理.实验中利用反相位脉冲激发超声换能器,对生物组织中传播的非线性信号相加分析.结果表明反相位脉冲技术可有效抑制基波及奇次谐波信号,而可增强偶次谐波信号6dB.与滤波器滤波法相比,反相位脉冲技术在抑制基波信号的同时,可有效地提高二次谐波的信噪比,因而在生物组织的二次谐波成像中具有广阔的应用前景.     

无造影剂增强的超快超声脊髓微血管成像方法

微小血管及其血流实时成像对监测生物体血氧代谢等具有重要意义.在无微泡造影剂的情况下,传统超声多普勒技术仍较难实现高信噪比的微小血管成像.本研究提出了一种无造影剂增强的超快超声脊髓微血管成像方法.本研究从基于多角度复合平面波的高帧频成像技术出发,提出基于特征值分解的频率-幅值双阈值滤波法,从而将脊髓组织信号和微血流信号分离,可实现脊髓内微血流的动态成像.在体成像实验结果表明,无超声造影剂时,超快超声多普勒成像技术仍可获得较为清晰的大鼠脊髓内微血流的实时图像,并能够清晰地呈现脊髓受损所致的微血流缺失状况.定量分析结果表明,增大复合平面波角度数可有效提高图像的信噪比.综上,超快超声多普勒成像技术有潜力被应用于脊髓内微血管成像及功能实时监测与动态评价,相关结果可为脊髓功能成像方法的研究提供借鉴.     

局域基谐波频谱峰值比的超声图像融合

提出一种局域基谐波频谱峰值比(LFHR)的超声图像融合方法。首先,分离超声射频信号基谐波,计算二者的局域频谱峰值比,确定融合权值;然后,加权平均基谐波成分,得到融合射频信号;最后,经过希尔伯特变换、对数压缩、插值/降采样生成B超融合图像。非均匀囊肿组织模型仿真结果表明,LFHR法获取的融合图像较原始图像的对比度、对比度噪声比、组织杂波比分别提高2.44倍、2.80倍及3.22倍,谐波成分谱能量提高83%。人体颈动脉临床实验结果进一步验证了LFHR法的有效性。综上,LFHR法获得了组织轮廓清晰内部细节丰富的B超融合图像,图像质量显著提高。      

微小缺陷的非线性超声检测及其成像技术

采用通用超声检测设备并结合高通滤波技术获取了非线性超声的高次谐波信号,并将其用于薄板点焊焊核的微小缺陷检测及焊核的超声C扫描成像中。较之传统超声检测方法,采用非线性高次谐波检测薄板点焊焊核缺陷具有更高的时域分辨率及缺陷敏感度,能够更加准确的确定内部缺陷的位置及尺寸。此外,本研究还采用非线性高次谐波对薄板焊核进行超声成像分析,获得了清晰准确的焊核结构图像。非线性超声检测技术具有更高的检测效力,能够显著拓展检测系统的检测能力。      

超声激发声信号幅值实时监测HIFU焦域组织损伤*

聚焦超声消融肿瘤过程中的损伤实时监测是临床治疗面临的一个关键难题,双频聚焦超声不仅能提高治疗效率,且能在共焦区域激发出声信号,该声信号的幅值、频率等信息与焦域组织的机械和声学特性紧密相关。本文构建了一种双频聚焦超声治疗及组织损伤实时监测系统。该系统在聚焦超声辐照离体组织过程中,通过外部水听器接收双频激发的组织声发射信号,并通过上位机进行高速数据采集、数字滤波、时频处理等,分析声发射信号幅值与离体组织损伤之间的变化规律。实验研究结果表明：随着焦域组织损伤的形成,其弹性等声学特征发生改变,导致声发射信号幅值逐渐降低,表明声发射信号幅值的变化可较好地反映靶组织声学特征和结构的变化,从而实现聚焦超声治疗中靶组织损伤的实时监测。本文提出的监测方案相比传统超声影像监控更灵敏,有望为聚焦超声临床治疗中的组织损伤监控提供一种新的实时监测方案和手段。     

锯齿波信号激励增强超声造影剂的次谐波信号

提出了一种利用锯齿波激励以增强超声造影剂微气泡激发的次谐波信噪比的方法。基于修正的Church方程,采用数值计算分析了锯齿波激励下微气泡产生的次谐波的声压阈值及变化特性,并与正弦波激励进行了比较。实验中采用声压相等的基频为2 MHz的锯齿波及正弦波激发一种自制的包膜微气泡造影剂,测量了产生次谐波的激励声压阈值及与激励声压的关系。结果表明,锯齿波信号激励可以增强次谐波信号的强度,相对于正弦波激励增强约13 dB,并且激发声压阈值较低。实验结果与数值计算结果相符。     

基于反相位脉冲技术的生物组织谐波成像研究

理论及实验研究了反相位脉冲技术在生物组织二次谐波成像中的应用。结合有限振幅声波的非线性传播理论,从理论上证明了反相位脉冲技术可有效抑制基波信号,同时二次谐波信号增强两倍,轴向及径向声场的实验测量结果基波被抑制30～50dB,二次谐波提高6dB,与理论相符。建立了相应的成像系统,对若干生物离体组织进行了基于反相位脉冲相位技术的二次谐波成像,并与常规的基波及二次谐波图像对比,进一步证明了该技术能有效提高图像的对比度和清晰度。