用于活体温度评估的非线性超声热应变模型*

热疗在肿瘤消融、高血压治疗等方面有重要应用价值。对热疗过程进行温度监控有利于实施合理的治疗规划,同时可提高治疗的安全性、减少副作用。利用基于超声回波偏移的热应变测温理论进行二维温度估计是一种常用的超声测温方法。但该理论基于组织热膨胀及声速随温度线性变化的假设,适用的温度测量范围一般限于37℃-50℃。该文基于升温组织的物理参量非线性变化,提出了基于非线性超声热应变评估温度变化的模型。在基于活体猪肾周脂肪的微波加热实验中,该文利用上述模型结合动态帧选取算法和自适应滤波,对活体的呼吸、心跳运动进行抑制,减小二维温度图像中的噪声。所得结果表明运动补偿效果良好,对于温升范围不超过30℃的情况,测温误差在2.5℃以内。     

用超声语参数对猪的病变肝组织进行定征

本文采用宽带超声脉冲测量系统，通过对散射回波高速数字采样，对猪的新鲜离体正常肝组织及若干病变肝组织（如水泡变性肝，脂肪变性肝及硬化肝）进行了分析研究。通过在３ＭＨｚ—７ＭＨｚ的频域分析，获得了各组织样品的积分背向散射系数（ＩＢＳＣ）、背向散射系数的频率依赖关系（ＦＤＢＳＣ）及组织内相邻散射元的平均间距（ＭＳ）等参数。所获结果显示，组织的病变导致了上述参数的明显变化。这表明，超声谱分析技术，对于肝病变组织超声定征及临床定量诊断，具有令人鼓舞的发展前景。     

非线性声参量层析成像与生物组织定征

结合有限振幅插入取代法和计算机层析成像技术提出非线性参量B／A的成像方法，用卷积滤波法可重建非线性参量层析图像．对正常肝和若干种病变的猪肝脏组织（肝硬化、肝炎和脂肪肝等）进行了实验成像．为了便于比较，文中还给出了衰减系数这一线性参量的层析图像．研究结果指出非线性参量B／A成像在生物组织定征中的有效性及在医学诊断中的应用前景．     

高声阻层下指纹的高频超声成像实验

分析了高频超声波垂直透过5层不同厚度介质的传播特性,利用传递矩阵推导出超声波在此多层结构的零界面处反射系数与各层介质厚度关系的解析表达式,用解析解做数值模拟,并用COMSOL有限元仿真验证,得到了超声回波在时域上的声学特征.使用高频超声换能器激发与采集分层介质中的超声宽频信号,得到玻璃层和模拟指纹层间反射回波中带有指纹特征的信息,形成了高精度超声指纹图像.     

高频调制电弧的声学特性及其细化焊缝组织的应用

以等离子体电弧作为声源,利用高频电流进行调制,激发电弧可以产生超声波。研究了高频调制电弧的激发特性和声场特征,发现调制电弧所发射超声波在激励频段内呈现平坦的幅频特性,激励电流是影响电弧超声强度的主要因素,声压幅值与电弧等离子体流力的变化量成正比,声场呈现轴向强两侧弱的特征。同时介绍了利用电弧激发超声波在改善焊缝组织性能方面的应用。     

人体组织中的超声传播参量B/A

本文应用相对测量方法,用水做参考介质,测量了人的心、肝、肾、脑、皮肤、肌肉、胃、淋巴结、乳腺癌、胆囊、恶性肿瘤、肝癌等正常与非正常离体组织的超声传播参量——非线性参量、声衰减及声速等。收集了已发表的各种组织的非线性参量数据,并作了比较,讨论了非线性参量与组织成份及声速之间的关系,认为非线性参量作为超声诊断的新参量,具有广泛的应用前景。     

基于换能器驱动信号特征的高强度聚焦超声焦域损伤实时监测

高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)焦域的实时监测是聚焦超声临床治疗面临的关键问题,目前临床常采用B超图像强回声的变化实现焦域组织损伤的监测,而B超图像出现的强回声大多与焦域处的空化及沸腾气泡相关,无法准确、实时地监测治疗状态.HIFU治疗中焦域组织会伴随温度升高、空化、沸腾和组织特性等变化,换能器表面的声学负载也在不断变化,针对该问题,本文构建了换能器电压电流实时检测平台,通过测量换能器电学参数来感知焦域组织的状态变化.以离体牛肝组织作为HIFU辐照对象,并将相位差变化的结果与离体牛肝组织损伤的结果进行了对照,实验结果表明,在HIFU辐照过程中,换能器电压与电流的相位会出现由相对平稳到大幅波动的过程,此时停止辐照可见焦域出现明显损伤,而此时B超图像灰度无明显变化;此外,当焦域出现空化时,其波动幅度与范围将较之更大.此方法可为HIFU焦域组织损伤监测提供一种新的研究方案和手段.     

小波双线性插值迭代算法应用于光学遥感图像

分析了小波双线性插值中高频外推阈值门限与重建图像峰值信噪比的变化关系，提出了峰值信噪比最大小波双线性插值迭代算法.提出的算法能够自动搜索到峰值信噪比最大的高频外推最佳阈值门限，实现了在不破坏光学遥感图像原始信息的情况下，提高图像的空间分辨率，有利于对图像的细节信息进行观察分析.实验结果表明，该算法重建图像的峰值信噪比比双线性插值和全小波插值重建图像的峰值信噪比高5.5 dB和2.5 dB，重建图像的熵增加到原图像的1.3倍.     

小波双线性插值搜索算法及其在光学遥感图像中的应用

详细分析了在小波双线性插值中高频外推阈值门限与峰值信噪比的变化关系,提出了基于峰值信噪比最大的小波双线性插值搜索算法。提出的算法能够自动搜索到峰值信噪比最大的高频外推最佳阈值门限,实现了在不破坏光学遥感图像原始信息的情况下,提高了图像的空间分辨率,有利于对图像的细节信息进行观察分析。实验结果表明:该算法能够得到比双线性插值和全小波插值更高的峰值信噪比、熵值和更好的图像细节效果,是一种适合提高光学遥感图像分辨率的有效算法。     

自建光声超声双模态成像系统的肿瘤成像分析

现有B超成像可以提供基于声阻抗差异的组织解剖结构信息,而近年来研究发现,光声成像可以提供标记组织成分的分布和功能信息。本文基于商用B超仪和脉冲激光系统建立了光声超声双模态成像系统,实现了超声组织结构成像和光声生物功能的同时成像。首先基于血红蛋白在某些波段的较强吸光性,实现了肿瘤内部组织血管灌注图像;其次用链接有靶向抗体的纳米颗粒作为靶向光声造影剂,对恶性肿瘤边缘和内部的血管以及血管附近的肿瘤组织进行了成像。最终,通过超声和光声的融合图像提供的肿瘤结构信息与光声图像提供的肿瘤功能信息,可以准确识别肿瘤组织。     

肌肉组织超声衰减和散射频谱特征

本文结合肌肉组织结构特征，讨论了正常肌纤维组织与肌纤维瘤组织的超声衰减和散射的频谱特征，实验结果和分析表明，组织结构的变化，在频谱图上有明显特征表现，正常肌纤维组织，谱衰减有明显说话见习生 ；肌纤维瘤组织，谱衰减和散射明显大于正常组织，且方向性不明显。     

改进的曲波变换图像融合方法

考虑将曲波变换引入图像融合能够更好地提取原始图像,对一种新的图像融合方法—曲波变换图像融合法进行了研究。将图像序列进行曲波变换后,通过对所有图像的高频进行逆变换及域值处理来获得区域图。根据区域图中高频区域的边界点在每张图层上的活跃度不同求得区域边界的图层分布,利用插值获得高频区域的区域分布图。通过高频区域的膨胀求得整幅图的区域分布图,然后在曲波变换的变换域,利用区域分布图对多尺度的高频系数采用高斯加权求和;对低频系数采用取平均值的规则完成图像的融合。进行了图像融合实验,实验结果表明,与传统的小波变换及基于像素的曲波变换相比,提出的方法获得的融合图像边缘更清晰,更接近参考图像。     

血管壁高频超声弹性显微成像

利用血管内高频超声（Ｉｎｔｒａｖａｓｃｕｌａｒ　 Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ,ＩＶＵＳ）成像技术,对ＩＶＵＳ图像灰度值进行换能器偏心校正后,提出基于遗传算法的管壁组织运动分阶叠加光流估计方法获得血管内施压条件下组织微元位移与应变分布,采用弹性重构方法在世界上首次获得了实际血管壁真正意义上的横断面弹性显微图像。由离体猪血管实验结果证实．将血管力学实验研究推进到二维亚毫米微结构层次,有希望为经皮腔内冠状动脉血管成形术（Ｐｅｒｃｕｔａｎｅｏｕｓ 　Ｔｒａｎｓｌｕｍｉｎａｌ　Ｃｏｒｏｎａｒｙ　 Ａｎｇｉｏｐｌａｓｔｙ,　ＰＴＣＡ）过程监控与治疗评价提供新的技术手段。     

生物组织的组分和结构特性对非线性超声参量值的影响

非线性声参量是非线性声学的一个重要参量。本文利用有限振幅插入取代法测量了正常的和八种病变猪肝脏组织的非线性参量B/A值。利用混合定律对生物组织的组分进行了分析和预测。结果表明,非线性声参量对生物组织的病理状态反映敏感且B/A值依赖于组织的组分和结构特性的变化。     

基于光学相干层析技术的术中颈部组织三维成像

为了在甲状腺手术中辅助医生对切除的颈部组织进行快速的组织学判断,使用自行搭建的光学相干层析(OCT)系统对行甲状腺切除术及淋巴结清扫术患者的切除组织进行三维成像,并将其与二维OCT图像以及病理切片进行对比。对21个病例的切除组织分别采集67幅1000 pixel×1000 pixel×630 pixel的高分辨三维OCT图像,对应6 mm×6 mm×3.8 mm的成像范围。可以从不同角度和不同的内部切面对三维OCT图像进行观察,能够清楚地辨别成像范围内的甲状腺、甲状旁腺、淋巴结和脂肪组织,并能够清楚地分辨淋巴结转移病变。高速、高分辨的三维OCT成像为甲状腺手术提供了一种术中病理诊断的方式,在辅助医生做出手术决策方面具有一定的应用潜力。     

扫频光学相干层析成像应用于判断黏液型胃癌边界区域

为了在癌症外科手术中提供实时反馈,更精确地切除癌症组织,从而在术中导航领域展现应用潜力,利用光学相干层析成像(OCT)系统对39例胃癌患者肿瘤组织成像,并与对应位置的病理切片进行对比。结果表明:有效的38个病例的OCT图像能清晰地分辨癌症组织与正常组织的差别,其中有4例黏液型胃癌,黏液型胃癌的肿瘤分泌的黏液会破坏胃组织的层状结构,导致纹理紊乱,黏膜残缺;黏液对光的背向散射更弱以及与黏膜组织的背向散射对比相差更大使得黏液型胃癌的OCT图像成像更清晰,B型超声扫描(B-scan)的OCT图像能够分辨该种类型癌症的边界区域;将B-scan的OCT图像进行三维(3D)重建后显示整个成像区域的体结构,经过表面展平后提取深度方向上不同层的切面图像,提供了另一维度视角观察胃癌组织的边界区域,与B-scan图像交叉验证可以显示优异的区分效果。     

血管内超声技术估计冠状动脉阻抗的方法和实验

为了更准确全面地评估冠状动脉的动力学特性,采用血管内超声技术和血压测量设备获取冠状动脉内的超声图像、血流多普勒信号和血压曲线。使用动态轮廓模型从血管内的超声图像测量出管腔的截面积曲线,使用形态学和动态规划法提取多普勒信号中的流速信息,在心电同步下计算出血流量随心动周期的变化。结合血管内的血压曲线,通过傅里叶级数计算出冠状动脉等效阻抗。通过对人工控制下猪心肌微循环障碍实验的数据分析,观察到本方法估计出的血管阻抗可以反映冠状动脉的供血能力、扩张能力随微循环功能衰弱的变化。这一技术的实现,有望为医学临床提供一种新的辅助诊断参数。     

超声诊断与非线性声学

超声波在医学诊断和治疗中的研究已有近６０年的历史．近年来发展极为迅速,应用相当广泛．目前超声诊断主要是利用超声良好指向性和与光相似的反射、散射、衰减和多普勒效应等物理规律,不同类型的超声诊断仪采用不同的方法把超声波发射到体内,并在组织中传播．正常组织与病变组织的声阻抗通常是不相同的,当差异超出千分之一时,正常组织与病变组织之间的界面会对声波产生反射、散射,用仪器把反射和散射波接收下来,经过处理便可将其显示为图像（Ｂ超）、波形（Ａ超）,或曲线（Ｍ超）从而作出诊断．超声能显示人体软组织及动态状况,它…     

面向水下应用的电容式微机械超声换能器*

电容式微机械超声换能器具有宽频带和易于制造二维阵列等优势,已经成为一种重要的新型超声换能器。该文针对图像声呐系统对新型超声换能器的迫切需求,提出了一种电容式微机械超声换能器结构和参数,并利用硅微加工技术制备出了该换能器,最后对其主要性能参数进行了测试和分析。测试结果表明该换能器具有发射和接收超声波的功能,中心工作频率为1.965 MHz,6 dB相对带宽达到109.4%,在1 MHz、2 MHz和3 MHz频率时的接收灵敏度分别为-218.29 d B、-219.39 dB和-218.11 dB。该文研制的电容式微机械超声换能器显示出了优秀的宽频带特性,且工作频率和接收灵敏度性能均基本满足了高频图像声呐系统的需求。     

基于探测超声的新型生物组织光声层析成像

利用一束单频探测超声穿过由脉冲激光照射产生的光声激发区域，使之与光致声场产生相互作用，光声信号将耦合到探测束上，再解调探测超声来重建光吸收区域的图像，可以得到丰富的组织信息.该信息不仅反映了组织中光吸收的特性，也反映了组织的声学特性.实验中，通过旋转超声探测器进行数据采集，并利用滤波反投影算法重建图像，可得到高信噪比的光声层析图像.由于激光的窄光谱线宽，其吸收是特征分子选择性的，所以此方法既是一种无损伤的结构层析成像方法，也可用于组织的功能成像.